A drónok népszerűsége az elmúlt évek során egyre csak nőtt és nőtt, és egyre többen szeretnének belekóstolni az ilyen készülékek kínálta élményekbe. Az érdeklődő pilótajelölteknek több opciójuk is van: vagy vásárolnak maguknak egy összeszerelt, repülésre kész drónt, vagy egy készen összeállított szettet vesznek, amit maguknak kell összeilleszteniük (mint egy nem gyerekeknek szánt LEGO-t).
A harmadik opció – amire mai cikkünk is koncentrál – külön összeválogatni az alkatrészeket egy drónhoz, hogy egy teljesen egyedi, saját készüléket emelhessünk a levegőbe. Ez a megoldás azok számára ideális, akik nem akarnak komolyabb összegeket költeni egy drónra, vagy csak szimplán szeretnek barkácsolgatni (abból lesz bőven az útmutatóban), és nem riadnak vissza némi hegesztéstől.
A következőkben lépésről lépésre járjuk végig, hogy mi mindenre van szükséged egy saját készítésű drón alkatrészeinek összeválogatásához, illetve azok összeszereléséhez.
Egy útmutató mind felett
Talán már most tudod előre, hogy milyen jellegű drónt szeretnél készíteni magadnak. Talán egy olyat, amire felerősíthetsz egy kisméretű kamerát, vagy egy olyat, amivel komolyabb súlyú rakományokat lehet a levegőbe emelni.
Szerencsére a drónok „anatómiája” jellegtől független, ezért ha tisztában vagy az alapfogalmakkal, illetve hogy mi mit csinál egy drón belsejében, akkor ezt a tudást szinte bármilyen készülék összeszereléséhez hasznosíthatod majd!
Éppen ezért cikkünk csak általánosságban beszél az alkatrészekről és a folyamatról, ezzel szándékosan elkerülve mindenféle konkrétumot (és az ezekből adódó félreértéseket).
Amire szükséged lesz egy saját drón elkészítéséhez
Először is nézzük meg, hogy milyen szerszámokra és eszközökre lesz szükséged az összeszereléshez (a konkrét drónalkatrészekről rögtön ezek után lesz szó). Némelyik ezek közül nélkülözhetetlen (kell!), míg mások csak jó, ha vannak (jó).
• Forrasztópáka és forrasztóanyag (kell!): Drónod elkészítése során több mindent is össze kell majd forrasztanod, ezért erre mindenképpen szükséged lesz.
• Kétoldalú ragasztószalag (kell!): A drón vázához több alkatrészt is kétoldalú ragasztószalaggal kell majd hozzáerősítened.
• Tépőzár (kell!): Ezzel rögzíted majd az akkumulátort a drón vázához.
• Gyorskötözők (kellenek!): Némely alkatrészt ezekkel a legegyszerűbb a vázhoz rögzíteni.
• Szigetelőszalag vagy szigetelő cső (kell!): A motorokat és az ESC-t (erről később bővebben) valószínűleg bullet csatlakozókkal fogod összekapcsolni. Ha ezek a fémből készült csatlakozók egymáshoz érnek repülés közben, akkor az áramkör rövidzárlatos lesz, és a drón kecsesen lepottyan majd az égből. Fontos tehát, hogy valamivel alaposan leszigeteld bullet csatlakozóidat
• Segítő kezek (jó, ha van): A forrasztás közben sokat segít, ha van valaki vagy valami, aki/ami meg tudja tartani neked a forrasztandó alkatrészeket.
• Multiméter (jó, ha van): Egy multiméter a legtöbb házi elektrotechnikai barkács szerszámos ládájában ott pihen. Ez az eszköz nagyon jól jöhet, ha szeretnéd azonosítani a drónodban fellépő esetleges elektronikai problémákat.
Milyen alkatrészek kellenek egy saját készítésű drónhoz?
A drón váza
A váz az, ami mindent összetart drónodon/ban. A váz kiválasztásakor két dologra kell odafigyelned.
Az egyik a karok száma. Minden karon általában egy-egy motor helyezkedik el, amik egy-egy propellert hajtanak. Egy többmotoros drónt „multirotornak” vagy „multicopternek” is szokás nevezni. A drónoknak általában páros számú karjuk van (4, 6, 8), és ezek közül a négyrotoros (vagy „quadcopter”) a legnépszerűbb kialakítás – cikkünk is egy ilyet vesz alapul, de ne feledd, mindez a többrotoros készülékekre is alkalmazható információ!
A második fontos szempont a váz mérete. A drónvázak méretét általában két egymástól legtávolabbra eső kar motorjának távolságában adják meg, milliméterben. Quadcopterek esetén ez két egymással szembeni kart jelent. E méret alapján a drónokat a következő kategóriákba sorolhatjuk:
• Nano drónok: 80-100 mm
• Micro drónok: 100-150 mm
• Kisméretű drónok: 150-250 mm
• Közepes méretű drónok: 250-400 mm
• Nagyméretű drónok: 400 mm felett
A drón motorja
A motorok hajtják a drónok propellereit. A drónmotoroknak két fő típusuk van: kefés és kefe nélküli.
Az olcsóbb, előre összeszerelt drónok általában kefés motorokat használnak, mert ezeket olcsóbb elkészíteni. Azonban a kefés motorok sokkal hamarabb elhasználódnak és tönkremennek, mint a kefe nélküliek, éppen ezért az utóbbiakat ajánlott használni saját drónod elkészítéséhez.
Számtalan kefe nélküli motorra lelhetsz az interneten, viszont ha szeretnéd szűkíteni a kört azokra, amik a legideálisabbak lennének a te saját készülő drónodhoz, akkor két fő jellemzőt kell figyelembe venned rajtuk, amit a gyártók megadnak: a méretet és a KV értéket. Nézzük, hogy mit jelentenek ezek.
Vegyünk például egy 2213 935KV motort. Itt az első négyjegyű szám, a 2213 jelöli a méretet… vagyis inkább méreteket: 22 és 13. Az első érték az állórész mérete, tehát 22 mm, míg a második a rotor magassága, ami jelen esetben 13 mm. Minél szélesebb az állórész, annál nagyobb a motor forgatónyomatéka.
A második érték a KV. Félreértés ne essék, ez nem a kilovoltot jelöli! Egy kefe nélklüli drónmotoron a 935KV azt jelenti, hogy egy volt 935 RPM-et hoz ki a motorból. Tehát ha egy 935KV-s motor 1 voltnyi áramellátást kap, akkor percenként 935 forgást (RPM) végez, míg két volttal ez már dupla ennyi, tehát 1870 RPM lesz.
A kisebb KV értékű motorok sokkal több forgatónyomatékot termelnek, ezért a nagyobb méretű propellereket lassabb sebességgel is meg tudják forgatni, hogy felemelkedjen velük a drón. A nagyobb KV értékű motorok sokkal kevesebb forgatónyomatékot termelnek, de a kisebb propellereket sokkal gyorsabban is tudják forgatni, hogy azok fel tudjanak emelni egy drónt a levegőbe.
Tehát: a nagyobb méretű drónok alacsony KV értékű motorokat használnak, míg a kisebb méretű drónokba nagyobb KV értékű motorokat érdemes szerelni.
Fontos észben tartani, hogy a legtöbb motorgyártó felsorolja azt is, hogy milyen tulajdonságú alkatrészek használhatók a motorral. Ez sokat segíthet az alkatrészek kiválasztásában, ha már tudod, hogy milyen motorokat szeretnél drónodba szerelni.
A drón propellerei
A propellerekhez szintén vagy egy négy számjegyű érték, ami – akárcsak a motorok esetében – valójában két különálló értéket jelöl.
Az első két számjegy a propeller átmérőjét jelzi, hüvelykben (col). Egy 8045-ös propeller első két számjegye 80, amit valójában 8,0 hüvelykként kell értelmezni. Mivel egy hüvelyk 2,54 cm, ezért ez a propeller (8 x 2,54) = 20,32 cm átmérőjű.
A második két számjegy azt mutatja, hogy mekkora hajlítása van a propellernek, szintén hüvelykben. Ezt megint úgy kell olvasni, hogy 4,5 hüvelyk tehát nem 45. A hajlítással kapcsolatban annyit érdemes megjegyezni, hogy minél nagyobb ez az érték, annál több levegőt képes maga alá hajtani a propeller formás közben. Hétköznapi példával élve egy vajazó kés hajlítása 0 – ez csak szeli a levegőt, de nem hajtja maga alá. Egy vajazó kés tehát nem lenne jó propellernek.
A nagyobb hajlítású propellereket általában alacsony KV értékű motorokkal szokás használni, mert azok több forgatónyomatékot kínálnak. Az alacsony KV értékű motorok lassabban forognak, mert a nagy hajlítású propellerek így is elég sok levegőt képesek maguk alá hajtani egy fordulat során. Ezzel szemben a kisebb hajlítású propellereknek nagyobb fordulatszámra van szükségük, mert kevesebb levegőt hajtanak maguk alá, ezért nagyobb KV érétkű motorokkal szokás használni őket.
Az elektromos sebességvezérlő (ESC)
Ha kefe nélküli motorokat használsz, akkor szükséged lesz egy elektromos sebességmérőre (electronic speed controller – ESC). A kefés motorokhoz nem kell ESC, mert ezeknek csak egy sima DC (egyenáram) bemenetre van szükségük.
A kefe nélküli motorok (amiket ajánlott használni egy saját drón megépítéséhez) működtetéséhez tehát ESC-re van szükség, ami egy DC bemenetet úgy alakít át, hogy azt a motor képes legyen fogadni. Az gyártó feltünteti az ESC-n, hogy mekkora feszültségtartományt (V) képes fogadni – ezt mindenképpen vedd figyelembe!
Egy átlagos ESC három kimenetté alakítja az egyenáramot, amit kap. Az ESC kimenetei végére egy-egy apa bullet csatlakozót kell majd forrasztanod, amelyek a motorok anya bullet csatlakozóihoz kapcsolódnak majd.
Lítium-polimer (LiPo) akkumulátor
Drónod minden elektromos alkatrésze egy akkumulátorból kapja majd az „üzemanyagot”. Szinte minden előre elkészített és házilag összeszerelt drón LiPo típusú akkumulátorokat használ. A LiPo akkumulátorok általában nagy kapacitásúak, és nagy kimenő áramerősséggel rendelkeznek.
Egy LiPo akkumulátoron a következő általános jellemzőket láthatod (például): 3000 mAh 4S 50C – nézzük meg, hogy mit jelentenek ezek.
Cellák száma
Egy „kész” akkumulátor valójában több kisebb akkumulátorból áll, amiket celláknak nevezünk. Példánkban a 4S azt jelenti, hogy ebben az akkumulátorban 4 darab ilyen cella van, soros kapcsolásban. Egy LiPo cella feszültsége feltöltött állapotban mindig 4,2 volt, lemerült állapotban pedig 3,7 volt. A soros kapcsolású cellák feszültsége összeadódik, ami azt jelenti, hogy négy darab 4,2 voltos cella összesen 16,8 voltos feszültséget biztosít.
Kapacitás
Az akkumulátorok kapacitását a mAh (milliamperóra) érték jelzi. Minél nagyobb egy akkumulátor kapacitása, annál tovább képes működtetni egy drón alkatrészeit.
C-érték
Minél nagyobb a C-érték, annál nagyobb maximális áramerősséget képes folyamatosan elviselni az akkumulátor anélkül, hogy károsodna.
Ha ki szeretnéd számolni a maximális biztonságos áramerősséget, akkor össze kell szorozni a C-értéket az akkumulátor Ah kapacitásával. Itt érdemes megjegyezni, hogy ha egy 3000 mAh kapacitású akkumulátort átváltunk Ah-ba (tehát milliamperórából amperórába), akkor az eredmény 3 Ah lesz. Tehát 3 Ah szorozva 50C-vel = 150 A (amper).
Fontos megjegyezni, hogy a C-érték mást jelenthet gyártónként. Néhány gyártó C-értéke azt jelöli, hogy mekkora maximális áramerősséget képes leadni az akkumulátor 30 másodpercen át, míg más gyártók a folyamatos maximális áramleadást jelölik vele. Nézz utána,hogy az adott gyártó mit jelöl ezzel!
Energiaelosztó lap (PDB)
Az energiaelosztó (power distribution board – PDB) az az összetevő, ami összeköti egymással a drón főbb elektromos alkatrészeit. Ehhez kell majd hozzáforrasztani az ESC-ket, illetve az akkumulátor csatlakozóját is. Amikor akkumulátort csatlakoztatsz a PDB-hez, a lap elvégzi az áram elosztását a többi alkatrész között. Az ESC-k tehát nem közvetlenül az akkumulátorból kapják majd az áramot, hanem a PDB-n keresztül.
Repülésvezérlő
A repülésvezérlő a drón „agya”. Ehhez a központi egységhez csatlakozik minden egyéb alkatrész is – az ESC-k, a GPS, a telemetria, a távirányító vevője, és sok egyéb is.
Minden valamirevaló repülésvezérlőben gyárilag van egy giroszkóp és egy gyorsulásmérő (IMU), amelyek együttes munkával biztosítják, hogy a drón automatikusan képes legyen kiegyensúlyozni magát a levegőben a pilóta segítsége nélkül.
A repülésvezérlőket egy úgynevezett firmware irányítja, ami nagyon leegyszerűsítve egy rájuk telepített rendszer. A vezérlőtől függően megvásárlás után elképzelhető, hogy frissíteni (flasheln) kell a firmware-t. Ennek konkrét lépéseihez az adott repülésvezérlőhöz tartozó utasításokat kell követned.
A firmware-ek lehetnek nyílt és zárt forráskódúak. A zárt forráskódú firmware-eket a gyártó készíti a repülésvezérlőhöz, és konkrét részletei nem érhetők el a nyilvánosság számára – a felhasználók csak letölthetik és flashelhetik őket a vezérlőkre.
A nyílt forráskódú firmware-eket bárki letöltheti magának, hogy aztán módosíthassa őket, mielőtt telepítené saját drónjára. Ennek megvannak az előnyei és a potenciális hátrányai is, de ha tudod, hogy mit csinálsz, akkor mindenképpen ellenőrizd, hogy a használni kívánt firmware kompatibilis-e az adott vezérlővel!
GPS
A GPS modulokat viszonylag olcsón be lehet szerezni. Ezek általában az UART vagy az I2C protokollt használják, és a drónokba szánt GPS modulokban általában egy magnetométer is kerül gyárilag.
Fontos, hogy a GPS/magnetomérer modul egy olyan (általában legmagasabb) helyre kerüljön a drónon, ahol a lehető legtávolabb van a többi elektronikai alkatrésztől, ugyanis azok olyan mágneses teret gerjesztenek maguk körül, amelyek megzavarhatják ezeket a mérőalkatrészeket, és ezzel a drón irányítását.
Távirányító (RC controller)
A távirányító egy jeladóból (ezzel küldi a parancsokat a pilóta) és egy jelvevőből (ezzel fogadja a parancsokat a drón) áll. A jelvevő is a már említett repülésvezérlőhöz csatlakozik a drónon.
Egy saját készítésű drón összerakásakor többféle távirányító közül is választhatsz. Az olcsóbb távirányítók általában kevesebb csatornákat kínálnak. Érdemes legalább egy hatcsatornás opciót választani drónod kezeléséhez.
Minden drón automatikusan lefoglal 4 csatornát a különböző mozgásokra (kereszttengely, hossztengely és függőleges tengely körüli forgás, illetve gáz), és a maradék csatornákat használhatod fel egyéb funkciók vezérlésére, például a repülési módok közötti váltásra.
Telemetria
A telemetria feladata szintén a vezeték nélküli kommunikáció a drónnal. Egy modul csatlakozik a drónhoz, a másik pedig egy számítógéphez (ground control station – GSC). A számítógép persze lehet egy laptop, vagy más kompatibilis eszköz is. A telemetria modult általában csak be kell dugni, és már működik is. A GSC így képes lesz kommunikálni a drónnal, tehát jelet küldhet neki és fogadhat tőle.
Például a GSC-ként funkcionáló eszköz követheti a drón helyzetét egy térképen, mérheti a sebességét, hogy meddig bírja még az akkumulátor, és így tovább. E mellett irányítható is vele a drón, tehát nem feltétlenül kell hozzá távirányító sem.
A telemetria nem kötelező egy drón távirányítós irányításához, de szükség lesz rá, ha szeretnél hasznos információkat kapni annak állapotáról (már csak az akkumulátor töltöttsége miatt is jól jöhet).
Hogyan válassz alkatrészeket saját készítésű drónodhoz?
Az elsődleges mutató, amit az alkatrészek összeválogatása során szem előtt kell tartani (természetesen az alkatrészek kompatibilitása mellett) az úgynevezett TW arány. A T a thrust, vagyis tolóerőt jelzi, a W pedig az angol weight, vagyis súly megfelelője.
A súly nem igényel különösebb magyarázatot – ez az az erő, amivel egy test az alátámasztást nyomja, vagy a felfüggesztést húzza. Jelenleg a felfüggesztés húzásán van a hangsúly. Minél súlyosabb egy drón, annál nagyobb erő húzza a talaj irányába, azaz lefelé.
A drónok csak akkor képesek a levegőbe emelkedni, ha nagyobb felfelé irányuló tolóerőt képesek kifejteni, mint amekkora a súlyuk. Egy 2-es TW arány azt jelenti, hogy egy drón kétszer akkora felfelé irányuló tolóerő kifejtésére képes, mint amekkora a súlya.
Az ideális TW arány attól függ majd, hogy milyen célra szeretnéd használni drónodat. Éppen ezért érdemes már a projekt elején kitűzni egy TW célt, mert ez alapján kell majd kiválasztanod az alkatrészeket (természetesen ügyelve rá, hogy azok kompatibilisek legyenek egymással).
Ha például egy mozgékony FPV drónt szeretnél építeni magadnak, akkor 4, vagy annál nagyobb TW-re lesz szükséged. Ezzel szemben a rakományhordó drónok esetében a 2-es TW számít normálisnak.
Természetesen egy 1 TW arányú drónnal nem mész majd sokra.
Az alkatrészek kiválasztása a TW arány kiszámításával
Ahhoz, hogy kiszámíthasd a TW arányt, először is meg kell saccolnod drónod várható súlyát – lehetőleg minél pontosabban. Ehhez végig kell menned a megvásárolni kívánt alkatrészek adatlapjain, és össze kell adnod azok súlyát. Érdemes első lépésként a vázat kiválasztani, és ahhoz összeszedni az alkatrészeket.
Tegyük fel, hogy az összes kiválasztott alkatrész egy 1 kilós drónt eredményez majd. Ha egy 2 TW arányú drónt szeretnél, akkor 2 kilónyi felfelé irányuló tolóerőre lesz szükséged. Egy quadcopter esetében, aminek négy motorja van, minden motornak 500 grammnyi tolóerőt kell kifejtenie, hogy összejöjjön a 2000.
Egy motor felfelé irányuló tolóereje az akkumulátor feszültségétől, a propeller méretétől és a motor méretétől függ. Bármelyik megváltozik ezen értékek közül, azzal megváltozik a motor felfelé irányuló tolóereje is.
Az alkatrészek összeszerelése
1. Először is forraszd hozzá a bullet csatlakozókat a motorokhoz és az ESC-khez.
2. Ez után forraszd össze az ESC-ket és az akkumulátorcsatlakozót a PDB-vel.
3. Rögzítsd a PDB-t valahol a drón közepén. A PDB általában a váz közepre vagy aljára kerül, és gyorskötözővel rögzíthető a legeyszerűbben.
4. Rögzítsd az ESC-ket a drónok karjaihoz – minden karra egyet. Az ESC-k lehetnek a karok alsó vagy felső oldalán is.
5. Csavarozd a motorokat a karok végére. A motorokhoz általában járnak az ehhez szükséges csavarok. Ügyelj rá, hogy ne húzd őket túl szorosra. Lesz két óramutató irányával megegyező forgású, és két óramutató irányával ellentétesen forgó motorod. Ezeket egy quadcopteren az egymással átlósan szemben elhelyezkedő karokra kell elhelyezni. Tehát:
• Bal első kar: óramutatóval megegyező motor
• Jobb első kar: óramutatóval ellentétes motor
• Bal hátsó kar: óramutatóval megegyező motor
• Jobb hátsó kar: óramutatóval ellentétes motor
6. Csatlakoztasd az ESC-kből kimenő bullet csatlakozókat a motorok bullet csatlakozóihoz.
7. Teszteld le a motorokat, és nézd meg, hogy a megfelelő irányban forognak-e. Ha nem, akkor cserélj meg két bullet csatlakozást.
8. Fogd a kétoldalú ragasztószalagot, és rögzítsd vele a jelvevő modult a drónra, valahová a váz közepéhez.
9. Rögzítsd a repülésvezérlőt a drónhoz valahol középen. Általában a váz legtetejére, vagy középtájra kerül. Ezt szintén megteheted kétoldalú ragasztószalaggal, vagy csavarokkal is.
10. Szereld fel az telemetriamodult a drónra.
11. Helyezd a GPS modult egy állványra, és rögzítsd azt valahol a váz közepénél.
12. Dugj be minden elektromos készüléket és vezetéket a repülésvezérlőbe
13. Kalibráld az ESC-ket.
14. Rögzítsd a propellereket. Ügyelj rá, hogy ne feszítsd rá őket túl erősen – ha megfelelően szerelted fel az óramutató irányába és azzal szemben forgó motorokat, akkor a propellerek forgása magától ráhúzza még őket a motorra, amennyire szükséges.
15. Kapcsold össze a drónt a GCS-sel és kalibráld a szenzorokat. Ezt úgy teheted meg, hogy a GSC oldalú telemetriamodult egy számítógéphez csatlakoztatod. A telemetriamodulok mind egyszínűekké válnak, ha párosításra kerülnek. Ha nem találják meg egymást, akkor villogni fognak. Nyisd meg választott GCS szoftveredet, és végezd el a szükséges beállításokat a probléma kiküszöböléséhez.
16. Ha minden kész, mehet a tesztrepülés!
