как летает квадрокоптер и его управление

Как летает квадрокоптер

Изменения на пульте дистанционного управления, посылают сигналы на центральный полетный полета. Центральный контроллер полета передает эту информацию в электронные регуляторы скорости (ESC) каждого двигателя, которые, направляют каждый двигатель на увеличение или уменьшение скорости.

Центральный полетный контроллер

Теперь центральный полетный контроллер также получает информацию от IMU, гироскопа, модулей GPS и датчиков обнаружения препятствий, если они установлены на квадрокоптере. Он выполняет вычислительные расчеты с использованием запрограммированных параметров полета и алгоритмов, а затем отправляет эти данные в электронные контроллеры скорости.

Фактически, большинство полетных контроллеров включают в себя IMU, GPS, гироскоп и множество других функций для контроля полета и стабильности квадрокоптера. Довольно часто они имеют второй резервный инерциальный измерительный модуль и другие функций безопасности, такие как возврат на точку взлета.

Примером полетного контроллера послужит новый DJI N3 Flight Controller. Он имеет множество функций и может работать с различными двигателями.

ESC — электронные регуляторы скорости (оборотов)

Электронный регулятор скорости (ESC) — это электронная схема, установленная на каждом двигателе и предназначенная для изменения оборотов электродвигателя, его направления, а также торможения.

Электронные регуляторы скорости являются важным компонентом современных квадрокоптеров. Они предоставляют высокую мощность, высокую частоту и 3-фазный переменный ток для двигателей. Одновременно с этим, ESC очень маленькие и компактные. Квадрокоптеры и дроны полностью зависят от переменной скорости двигателей, приводящих в движение пропеллеры.

Примеры программирования дронов

Учитывая разнообразие решений на рынке, мы не имеем возможности рассказать о всех вариациях в программировании дронов, но покажем, как это происходит на паре примеров.

Пример 1

Для программирования проприетарного дрона DJI необходимо зарегистрировать девелоперский аккаунт.

• фреймворк и необходимые библиотеки, которые импортируются в мобильное приложение дрона под Android или iOS;
• инструмент симуляции и визуализации полета;
• вспомогательные инструменты для iOS;
• примеры кода и документацию.

В своем приложении разработчик может контролировать полет, использовать данные с камеры или датчиков на борту дрона, следить за состоянием систем на борту. При этом SDK берет на себя заботу о низкоуровневом функционале — стабилизации полета, управлении питанием. Логическая схема подключения к дрону представлена на картинке:

Прежде чем приступать к разработке, необходимо сгенерировать для приложения уникальный App Key, который активирует SDK.

Сам процесс разработки зависит от рассматриваемой платформы (iOS или Android). Подробно и для Android, и для iOS он описан в документации, а на GitHUB есть примеры простейших приложений для каждой из этих платформ. Есть замечательное видео, описывающее весь процесс создания простейшего приложения.

Для запуска скомпилированное приложение необходимо перенести на мобильное устройство. Непосредственно перед запуском устройство также надо подключить к дрону по Wi-Fi или через USB-кабель (тип подключения зависит от конкретного устройства).

Pixracer R14

Pixracer — одно из поколений полетного контроллера Pixhawk, который широко используется в DIY-проектах.

Для программирования этого полетного контроллера используется библиотека ROS (Robot Operating System), которая позволяет управлять дронами с помощью MAVLink (пакет называется MAVROS). Писать можно на Python, используя клиент для этой библиотеки под названием rospy.

Для запуска приложения необходимо подключиться по SSH к полетному контроллеру. С DIY-проектами процедуру программирования в общем виде описать гораздо сложнее, нежели с проприетарными решениями, поскольку слишком многое зависит от деталей прошивки. Для kit-комплектов, которые зачастую построены именно на открытых разработках, обычно есть подробная инструкция по программированию.

Где нельзя использовать квадрокоптер?

Минтранс ограничивает зоны полетов дрона, причем на одни зоны наложен полный запрет, а в других снимать все же можно, но при согласовании с человеком или организацией, в интересах которых эти запреты были установлены.

Запрещено летать над районами аэродромов, тюрьмами, военными базами, местами проведения публичных и официальных спортивных мероприятий.

Хочется предостеречь новичков от полетов в крупных городах. Обычно в таких местах установлены разные виды глушилок. Некоторые просто глушат ваш GPS, некоторые нарушают связь между дроном и пультом, а некоторые просто перехватывают управление вашим дроном. Если вы все же собираетесь летать в таких местах, всегда заранее проверяйте карты полетов и разрешения.

Советы по выбору первого квадрокоптера

У него три программы, он может зависать в воздухе и следовать за вами. Пульт дистанционного управления идет в комплекте. Камера может снимать видео в 2К-формате, фото — с разрешением до 2 Мп.

Если мы говорим про классические квадрокоптеры, то интересные варианты есть у компании DJI. Это может быть серия AIR или MINI.

Квадрокоптер DJI Mini SE Fly More Combo White

Практически любой человек, хорошо изучивший инструкцию, сможет безопасно запустить дрон с первого раза. Инструкция должна быть изучена от и до. В квадрокоптерах компании DJI есть режим пилота-новичка, который поможет разобраться в тонкостях пилотирования, будет давать подсказки и ограничит дальность и высоту полета.

С FPV-квадрокоптерами ситуация обстоит сложнее — с ними новичкам сложно. Перед первым полетом нужно долго тренироваться в симуляторе, например DCL или Liftoff.

Цифровая версия игры THQ-NORDIC DCL — The Game (PC)

Это, по сути, компьютерные игры. Подключаешь джойстик от коптера — и учишься «летать». Лучше всего сразу учиться в режиме Acro: это самый сложный режим, но все профессионалы используют именно его. Если научитесь управлять квадрокоптером в этом режиме, то с остальными справитесь на раз-два.

Если хотите сразу сильное, более профессиональное и технологичное устройство, отличным вариантом станет DJI FPV FD1W4K 8GB.

Квадрокоптер DJI FPV FD1W4K 8GB

Качество видео здесь заметно выше: 4К. Это уже готовый комплект со всем необходимым, в том числе с полностью настроенным пультом. Ничего программировать не надо: покупаете, открываете коробку, и сразу можно «взлетать».

KaptainKuk

Одна из самых простых систем, выпускаемых (в различных версиях) с 2010 года и до сих пор. Плата управления имеет только 3 гироскопа, для регулировки параметров используются обычные переменные резисторы. (Фото с сайта Hobbyking. com)

Умная начинка

Как гласит распространенное мнение в среде специалистов по аэродинамике, заставить летать сегодня можно даже кирпич. И квадрокоптер точно соответствует данному утверждению. Модель полностью управляется электроникой. Без нее добиться предсказуемого поведения летающей конструкции в воздухе было бы невозможно.

Главную роль в работе электронной системы управления квадрокоптером играет гироскоп. Именно этот датчик определяет крен в воздухе. На основании его показаний регулируется работа двигателей для стабилизации коптера в полете. Современные гироскопы способны определить изменение позиции конструкции в 6 степенях свободы.

Немалую роль играют и другие датчики системы. Именно они обеспечивают удобство управления летающей машиной и полезный функционал.

• Акселерометр. При помощи контроля ускорения дрон отслеживает свое смещение. Это дает возможность машине зависать в заданной оператором точке, поддерживая высоту. Дорогие модели способны отслеживать смещение ветром, возвращаясь на исходную позицию.
• Барометр. Очень полезный датчик для устройств с хорошей высотой подъема и автономностью. Оператору достаточно задать высоту полета (минимум или максимум) или зависания.
• Сонар. Пара из ультразвукового излучателя и приемника, устанавливаемая в дорогих моделях, значительно снижает аварийность. Дрон может самостоятельно контролировать процесс автоматизированной посадки, обходить препятствия, останавливаться перед стенами. Сонар может работать в паре с акселерометром, помогать соблюдать точную высоту зависания.
• GPS модуль. Присутствует в моделях специального назначения или дорогих развлекательных устройствах. По сигналам этого датчика дрон определяет свое местоположение. Оператор может задать траекторию полета, формировать модель патрулирования и многое другое.
• Камера. Сегодня популярность такого оснащения непрерывно растет. Современные камеры при малом энергопотреблении могут предложить хорошее качество картинки. В зависимости от стоимости коптера, предлагается разный функционал. Камера дрона может смотреть только вперед или оснащаться поворотным и фокусирующим механизмом.

Все данные, поступающие с датчиков, обрабатываются центральным процессором. Большинство солидных производителей коптеров создают собственные решения. В дешевых дронах устанавливаются простые чипы, вся программа в которые записывается без возможности изменения.

Дорогие модели строятся с использованием флеш памяти. Владелец в некоторой степени может программировать коптер, задавая модели поведения, схемы движения и многое другое.

Как застраховать дрон

• Можно приобрести КАСКО на коптер в «Ингосстрах». Стоимость составит 14–20% от стоимости дрона. Стоимость девайса необходимо подтвердить платежным документом. Квадрокоптер можно также застраховать от причинения вреда жизни и здоровью третьих лиц и принадлежащему им имуществу.
• Можно застраховаться от причинения вреда жизни и здоровью третьих лиц и принадлежащему им имуществу на 1 млн руб. в «АльфаСтраховании» за ₽5 тыс.

Средства управления коптером

Когда уже понятно, как такая штука, как квадрокоптер, устроена и летает, необходимо остановиться на операторе. Ведь летающей машинкой нужно управлять. И желательно это делать комфортно, удобно и точно. Сегодня оператору предлагается несколько вариантов.

• Пульт управления, работающий по радиоканалу. Такое устройство не предусматривает обратной связи с дроном. С его помощью регулируют высоту и повороты в полете. Для этого на пульте установлены два отдельных джойстика. Один предназначен для уменьшения и увеличения высоты, другой — для плавного управления поворотами. На пульте также размещаются несколько функциональных кнопок. Например, зависание, автоматическая посадка, разворот. Главное достоинство радиопульта в большой дальности работы, а недостаток – сигнал можно перехватить или заглушить.
• Смартфон. Управлять дроном с мобильного телефона можно только в пределах действия WiFi трансмиттера. Для обычных смартфонов дальность составляет до 100 метров без преград на пути сигнала. Если в области полета есть устойчивый прием беспроводной сети глобальных провайдеров интернета, дальность управляемого полета дрона может быть неограниченной. Программы управления со смартфона могут также получать видеосигнал с камеры квадрокоптера.

Важно! Для дронов специального назначения создаются собственные программные комплексы. Они предусматривают максимальную обратную связь. Можно не только составить график полета и описать выполнение задач, но и получать данные в реальном времени об их исполнении. Конечно, такие программные комплексы отображают картинку с камеры коптера.

Сегодня в розничной продаже легко купить дрон любого класса. Это может быть недорогая игрушка размером с ладонь для развлечений в помещении. И даже такой маленький квадрокоптер сегодня оснащается веб-камерой, общается со смартфоном и умеет зависать. Легко приобрести и дорогую, грузоподъемную и функциональную модель. Главное — правильно очертить круг ее задач и приготовиться к денежным тратам.

Куда звонить перед запуском дрона?

Перед запуском нужно информировать региональных диспетчеров по телефону. Контактная информация есть на сайте Федерального агентства воздушного транспорта.

Например, в Москве перед запуском квадрокоптера нужно проинформировать Московский зональный центр единой системы организации воздушного движения по телефону +7 (495) 436-20-91 и +7 (495) 436-75-58 (работает круглосуточно). Диспетчеры должны подтвердить, что рядом с местом запуска нет других дронов.

Устройство квадрокоптера

Чтобы понять, как работает квадрокоптер, сперва нужно разобраться, как он устроен, из каких деталей состоит. Основных частей у дрона всего пять. Ниже рассказывается, для чего они нужны.

Рама — служит основой в устройстве дрона. Именно к этой части крепятся все остальные составляющие девайса. В раме предусмотрены отверстия для кабель-менеджмента. Контроллер — «сердце» беспилотника. Это база для подключения аппаратной начинки. Отвечает за координацию, стабилизацию и собственно управление.

Совет: если нужен дрон для ребенка, то MJX X929H отлично подойдет. Он годится и для тех, кто еще не имел дела с квадрокоптерами.

ЭРС или ESC — электронные регуляторы скорости. Эти компоненты отвечают за передачу энергии на моторы (каждый — на свой). Моторы — отвечают за вращение пропеллеров. От тяги мотора зависят летные характеристики «авиамодели». Основные типы моторов:

— Коллекторные — для легких летательных аппаратов начальной категории. Показатель тяги у этого типа моторов низкий. К тому же, они недолговечны. — Коллектор + редуктор — более выносливы к нагрузкам. Мощность такого мотора выше, как и показатель тяги. Минус в том, что этот вид мотора нередко перегревается, от чего шестеренки приходят в негодность. — Бесколлекторный мотор — отличается стабильной работой, долговечностью и высокими показателями как тяги, так и мощности. Управляемость тоже на высоте. Такой вариант встречается у топовых дронов.

Пропеллеры — за счет их синхронизированного вращения коптер и поднимается в воздух. Аккумулятор. В недорогих учебных дронах батареи не слишком емкие. Их хватает на несколько минут. В специализированных устройствах подороже аккумуляторы соответственно мощнее. Например, PowerEgg способен улететь на 5 тысяч метров, а его батареи хватает почти на полчаса.

Небольшое разъяснение понятий

Четырехугольная конструкция механически прочна и может быть сделана из легких материалов. А общее снижение массы коптера означает, что его аппаратную платформу можно сделать экономичнее, автономнее, улучшая функциональность аппарата. Сегодня это наиболее простая с точки программирования движения и технического построения схема.

Как работает квадрокоптер

Как квадрокоптер зависает или летит в любом направлении, поднимается или опускается в одно мгновение, от прикосновений к ручке пульта дистанционного управления. Дроны способны летать автономно через запрограммированное программное обеспечение для навигации по маршрутным точкам и летать в любом направлении от точки к точке. Давайте рассмотрим используемые технологии в мультикоптерах в подробностях.

Направление вращения пропеллеров наряду со скоростью двигателя дрона, что делает возможным его полет и маневренность. Пульт радиоуправления квадрокоптером отправляет информацию контроллеру на беспилотнике, и передает данные двигателям через их электронные схемы управления скоростью (ESC) о тяге, оборотах, и направлении. Контроллер полета объединяет данные IMU (инерциального измерительного модуля), гироскопа и GPS перед подачей сигналов двигателям квадрокоптера о тяге и скорости вращения ротора.

Несмотря на то, что современные технологии беспилотных летательных аппаратов и квадрокоптеров являются современными, они все еще используют старые принципы парного полета, гравитации, действия и реакции.

При изготовлении квадрокоптеров, винтов и конструкции двигателя учитываются основные 4 силы, влияющие на весь полет: вес, подъем, тяга и также являются важными факторами. Математика используется для расчета тяги двигателя квадрокоптера, в то время как аэродинамика самолета используется для расчета винта и движения воздуха над, под и вокруг квадрокоптера.

Важность понимания того, как летает и работает квадрокоптер

С небольшим опытом управления полетом, квадрокоптер становится практически автоматическим. Вы перемещаете джойстики на пульте радиоуправления, направляющие дрон в любом направлении, в котором вы хотите, чтобы он летел. Нам не нужно думать о том, что делают двигатели или пропеллеры.

Теперь предположим, что мультикоптер полетел неправильно. Может быть, его тянет в каком-то направлении, и он не зависает на одном месте. Хорошее понимание того, как летает и работает квадрокоптер, поможет вам найти проблему с двигателем или пропеллером, особенно если визуальный осмотр не выявил неисправности.

Когда вы понимаете конструкцию пропеллеров (винтов) квадрокоптера и тягу двигателя, у вас появляется возможность внести изменения в свой дрон. Например, снять камеру и установить что-то другое, например датчик времени полета или лидар. Полеты с дополнительным весом влияют на контроль, полет и баланс беспилотника.

Если вы проектируете или создаете свой собственный квадрокоптер, то понимание конструкции двигателя и винта является важной информацией. Вам нужно подобрать правильную конфигурацию двигателя квадрокоптера, соответствующие пропеллеры, электронные схемы управления скоростью, а также IMU и GPS вместе с соответствующим корпусом.

Объяснение направления вращения двигателя и гребного винта Quadcopter

Какие нормативные акты регламентируют использование беспилотников

Полеты беспилотных воздушных судов, порядок их регистрации прописан в следующих нормативных актах:

• Воздушный кодекс РФ — это один из основных документов, который устанавливает правовые основы использования воздушного пространства РФ и деятельности в области авиации.
• Федеральные правила использования воздушного пространства РФ — в них прописан порядок использования воздушного пространства страны для всех летательных аппаратов, включая беспилотные. Указаны основные правила безопасности при использовании воздушного пространства.
• Правила учета беспилотных гражданских воздушных судов — регламентируют учет государством беспилотников с максимальной взлетной массой от 250 граммов до 30 килограммов, которые ввозятся в РФ или производятся на ее территории.
• Федеральные авиационные правила «Подготовка и выполнение полетов в гражданской авиации Российской Федерации» — устанавливают правила подготовки воздушного судна и его экипажа к полету и обязательны для исполнения всеми, кто владеет воздушными судами и эксплуатирует их в стране.
• Статья 11.4 КоАП РФ — предусматривает ответственность за нарушение правил использования воздушного пространства.

Как это летает

Принцип работы квадрокоптера достаточно прост: четыре двигателя на вынесенных ногах создают подъемную силу. Есть несколько стандартных режимов работы:

• подъем с одновременным пуском двигателей;
• наклон в стороны с изменением оборотов левой и правой пары двигателей;
• спуск при подъемной силе меньше веса конструкции;
• набор скорости по прямой изменением режимов работы передней и задней пары двигателей.

Уже по перечисленным пунктам понятно, что квадрокоптер работает по вертолетной схеме. Только вместо наклона вала лопастей, как это делается в крылатой машине, для формирования бокового вектора силы используется разница в показателях воздушных потоков по бокам дрона.

Сложнее понять, как квадрокоптер вращается на месте. Здесь снова поможет большой вертолет. Его основная лопасть, вращаясь в одну сторону, передает момент на корпус в обратном направлении. Чтобы компенсировать паразитное вращение, большой вертолет имеет лопасть на хвосте.

Коптер использует тот же принцип формирования обратного момента для собственного вращения. Его четыре винта работают парами. Двойки лопастей вращаются в разные стороны. При одинаковых оборотах возникающие моменты компенсируются. Когда нужно повернуть дрон вокруг оси — уменьшаются обороты двигателя одной из пар. Возникающий момент вращает всю конструкцию.

Где можно запускать беспилотник?

На высоте до 150 м везде в городе, кроме запретных зон, не рядом с аэропортом и диспетчерскими зонами, охранными зонами и не на мероприятиях. Например, Москва внутри МКАД — это запретная зона, а в Санкт-Петербурге запретная зона начинается с Кудрово и доходит до Кронштадта, включая всю зону акватории и большинство пригородов.

Карты запретных и диспетчерских зон:

• Сервис «Полетные планы»;
• PilotHub;
• Google Earth при использовании специальных слоeв;
• Список запретных зон доступен в каталоге «Консультант Плюс». Но бесплатно вы можете с ним ознакомиться только в нерабочее время.

Нельзя запускать дрон над массовыми мероприятиями — митингами, соревнованиями, демонстрациями, концертами и прочими культурными мероприятиями.

Штраф за нарушение правил использования воздушного пространства — от ₽20 тыс. до ₽50 тыс.

Всю текущую информацию по ограничению полетов в связи с проведением международных мероприятий и изменению законодательных актов можно отслеживать на региональных разделах сайта органов обслуживания воздушного движения. Например, по Санкт-Петербургу перейдите в этот раздел и нажмите справа «Нормативные документы», где станут доступны все текущие нормативные акты по полетам в формате PDF (поэтому актуальную информацию, вы не сможете просто погуглить).

Список региональных органов надзора

Генеральная дирекция, Москва. Контакты: +7 (495) 601-0777

Устройство и принцип работы квадрокоптера

Сегодня понятие дрон уже знакомо огромной молодежной аудитории. Эти функциональные устройства используются в разнообразных профессиональных сферах деятельности. В частности, сегодня дроны применяются при съемке телевизионных шоу, заменяя дорогие роботизированные подвесы для камер. Но как же устроен такой аппарат? Проведем краткий ликбез для тех, кто не совсем понимает, как устроен квадрокоптер, как он летает, и в чем его предназначение.

• 1 Небольшое разъяснение понятий
• 2 Общие принципы построения
• 3 Как это летает
• 4 Основные функциональные элементы
• 5 Умная начинка
• 6 Средства управления коптером
• 7 Популярные квадрокоптеры 2019 года

Языки и среды разработки

В двух словах программирование дрона сводится к контролю координат промежуточных точек и высоты над землей с одновременным управлением полезной нагрузкой в зависимости от поставленной задачи. Используемый для программирования язык, как и среда разработки, определяется системой управления, а в случае с проприетарными решениями — производителем контроллера.

Но пока на рынке царит настоящий зоопарк подходов и языков.

Часть производителей вообще предлагает собственные среды — как упомянутый выше DJI.

Сообщества, разрабатывающие опенсорсные полетные контроллеры, от них не отстают. Исторически сложилось, что большинство DIY решений основано на среде Arduino. Тот же Ardupilot в свое время разрабатывался для управления дроном с контроллером ATMega 2560, а в качестве среды разработки использовал оболочку Arduino. Но сегодня этого уже недостаточно. Задачи, возложенные на беспилотники, усложняются, а вслед за этим растут требования к железу и ПО. Так что аппаратная составляющая меняется. Даже опенсорсные решения уже базируются не на контроллерах, а на полноценных процессорах с ARM-архитектурой (по аналогии со смартфонами). Среды разработки, соответственно, также дорабатываются и усложняются. Они становятся кроссплатформенными, но пока все еще ориентированы на конкретный автопилот. И хотя на данный момент существуют общепринятые частные стандарты (например, передачи данных или взаимодействия беспилотников с наземными станциями), до выявления лидера среди языков разработки и SDK пока далеко.

С точки зрения гарантированного выбора направления развития этот этап становления рынка абсолютно непредсказуем. Однако именно сейчас время самых интересных проектов, ведь столько задач еще не решено!

Технический процесс полёта

Благодаря всем перечисленным выше составляющим квадрокоптер и летает. Принцип работы такого аппарата не так уж и сложен. Два из четырех пропеллеров вращаются по часовой стрелке, а два других — в противоположном направлении. За счет этой особенности аппарат использует осевое вращение влево/вправо, путем увеличения скорости одной пары двигателей и снижением скорости другой.

Совет: отличным вариантом для обучения станет Cyclone 2 V333 на радиоуправлении, который может пролететь 150 метров. Такой дрон трудно потерять, потому что он не улетит далеко. Защита на пропеллерах не даст им сломаться, если пользователь не справится с управлением.

Горизонтальное движение возможно за счет увеличения тяги оборотами. Ускорение достигается при помощи двигателей. Показатели увеличиваются на одной из сторон и снижаются на противоположной. За счет этого происходит наклон беспилотника (Roll or Pitch) в необходимом направлении. После этого баланс тяги восстанавливается. Угол наклона устанавливается скоростью движения.

Компенсация порывов ветра осуществляется автоматическим наклоном в соответствующую направлению сторону. За работу функции отвечают электронные гироскопы. Их задача — измерение уровня по трем осям. В некоторых моделях предусмотрены  электронные акселерометры. Их задача определить смещение по трем осям. Контроль высоты измеряется в соответствии с изменением параметров скорости.

Полезно: Как выбрать квадрокоптер для ребенка: 6 основных критериев

Типы БПЛА

Исторически сложилось так, что беспилотники классифицируют по исполнению — самолетному и мультироторному. Мультироторные можно разделить по количеству винтов: монокоптеры, квадрокоптеры, гексакоптеры и т. Такие БПЛА получили широкое распространение, поскольку им не нужны дополнительные устройства для взлета и посадки. Недавно появился третий класс БПЛА — конвертопланы. Но такая конструкция чаще встречается в специализированных разработках.

Управление квадрокоптером с камерой

Все современные дроны оборудованы камерами. Некоторые модели имеют даже две и более камер. Стандартные квадрокоптеры прямо во время полета позволяют регулировать наклон подвеса, менять настройки камеры, начинать и останавливать запись. Более продвинутые модели могут передавать картинку высокого разрешения для прямой трансляции.

Ситуация с FPV-коптерами немного иная. В большинстве случаев FPV-дрон имеет одну курсовую камеру, помогающую пилоту управлять дроном. Да, на них можно производить запись, но качество картинки весьма сомнительное. Как раз качеством приходится жертвовать ради скорости передачи данных от квадрокоптера к очкам пилота. Исключение — модель DJI FPV, так как его камера и отвечает за управление, и пишет картинку в хорошем качестве.

Для записи четкого видео устанавливают вторую камеру. Как правило, это экшен-камеры, такие как GoPro или более тяжелые и профессиональные камеры RED.

В таком случае параметры записи устанавливают еще до полета, так как в полете что-то поменять уже невозможно. Старт и стоп записи происходят на земле.

ArduCopter

Еще одна система, основанная на Arduino, пошла дальше всех. Сейчас это система с возможностью программируемого полета по точкам, поддержкой радиомодемов и передачи телеметрии, хранения различных логов и пр. Их софт выглядит примерно так:

Платы эволюционировали от таких:

до таких

Здесь все классно, за исключением одного «но» — это Open Source, со всеми вытекающими последствиями. Система открытая, дорабатывается энтузиастами, и никто ничего не гарантирует, в том числе и отсутствия багов в софте. Если квадрокоптер упадет на чей-то BMW, жаловаться будет некому.

Есть два уровня программирования

Если рассуждать о глубине погружения в тему программирования беспилотных летательных аппаратов, можно выделить два «уровня»:

• Планирование и закладка в аппарат полетного плана для готового решения, а также последующий контроль его исполнения. Этот уровень позволяет решать множество очень интересных задач, хотя и ограничен возможностями используемой платформы;
• Создание собственной системы управления — своего рода «системное программирование» в мире БПЛА.

На Хабре любят DIY и тут довольно много рассказов о деталях второго уровня (например вот этот пост), в то время как первый до сих пор охвачен слабо. В основном обсуждают детали программирования в определенном SDK или сравнивают аппараты, что понятно лишь тем, кто в теме. Так что далее будем говорить именно про первый уровень.

Программирование под готовые платформы выводит летательные аппараты далеко за рамки класса «игрушек». Это полноценная разработка, которая просто использует библиотеки и функции автопилота для серийно выпускаемого дрона (или для open source полетного контроллера), так что создатель программы может сосредоточиться на решении своей задачи, будь то аэрофотосъемка или воздушные световые шоу.

Самое важное: программирование позволяет снять с оператора часть задач по управлению в режиме реального времени, что на самом деле упрощает применение БПЛА. Не у каждого любителя фотосъемки найдется время и желание учиться пилотировать дрон в сложных условиях.

Как снимать различные объекты

Сейчас БПЛА чаще всего используют для фото- и видеосъемки. Возможно, когда-нибудь они будут перевозить грузы или даже пассажиров — но в ближайшие пару лет этого, скорее всего, не произойдет.

Чтобы правильно снимать с БПЛА и потом пользоваться результатами этой съемки, нужно знать определенные правила и соблюдать их.

В первую очередь нужно понимать, что любая съемка с воздуха — это авиационные работы. И чтобы законно их проводить, владелец должен получить сертификат эксплуатанта — документ, который выдает территориальное подразделение Минтранса. Действует этот документ три года, потом его нужно продлевать.

Сертификат выдадут только в том случае, если беспилотник зарегистрирован и в наличии все разрешения — если они нужны. Срок рассмотрения заявления — 10 дней при первом оформлении и пять — при продлении. Плату за выдачу не берут.

Получать сертификат обязан любой владелец беспилотника, который планирует использовать его для съемки. Цель съемки значения не играет — владелец дрона может снимать свадьбу друга или пастбище в поисках заблудившихся коров — сертификат ему понадобится в любом случае. Минтранс, в свою очередь, может такой сертификат приостановить или аннулировать — например, в случае нарушения обладателем сертификата воздушного законодательства РФ.

Как летать возле границы РФ

Вдоль государственной границы устанавливается приграничная полоса — это воздушное пространство, примыкающее к государственной границе Российской Федерации, шириной 25 км с особым режимом его использования.

Эта полоса, как правило, находится на большом удалении от аэропортов, но летать там без полетного плана нельзя. А еще в обязательном порядке придется организовать радиосвязь с Росавиацией и получить разрешение на полет в ФСБ.

Ручное управление квадрокоптером

Manual Mode (Acro Mode, Rate Mode) — режим ручного управления, который позволяет задавать скорость полета и выполнять повороты с сильным креном. Подходит для любителей «аэро акробатики». Вспомогательные механизмы отключены, что снимает все скоростные ограничения. Пилотировать дрон в этом случае стоит только опытным пользователям.

Совет: подобные эксперименты с беспилотниками не рекомендуются новичкам. Это может быть опасно для пользователя и окружающих. Да и есть высокая вероятность сломать квадрокоптер.

В ручном режиме хозяин дрона пилотирует его с помощью пульта ДУ. Во всех моделях органы управления практически идентичны. Обычно пульт делится на две части: левый и правый стик. С помощью левого контроллера регулируется высота полета и вращение квадрокоптера вокруг оси. Правый стик позволяет контролировать крен и тангаж для определения направления полета и управления наклоном.

Интересно: Mavic Air для профессиональной аэросъемки умеет снимать в 4К, а еще способен пролететь 10 километров и не разрядиться.

Для тех, кто еще не выбрал: ТОП-5 квадрокоптеров (дронов) DJI

Ответственность для владельцев беспилотников

Размер штрафа для физических лиц составит от 20 000 до 50 000 Р, для должностных лиц — от 50 000 до 150 000 Р, для организаций — от 250 000 до 500 000 Р.

За нарушение права на неприкосновенность частной жизни ответственность уголовная. Санкция — от штрафа в размере до 200 000 Р до лишения свободы на срок до двух лет. А еще потерпевший имеет право потребовать возместить убытки и моральный вред, если они возникли из-за распространения видео.

Если при полете не было оформлено разрешение, но оно требовалось, и в результате беспилотник причинил человеку тяжкий вред или человек погиб — по неосторожности причинение тяжкого вреда здоровью или смерть человека — ответственность будет уголовной. Санкция — до пяти лет лишения свободы, если пострадал один человек. Если погибли два или более лиц — свободы можно лишиться на срок до семи лет.

Запомнить

• Правила использования беспилотников устанавливает правительство, Росавиация регистрирует БПЛА.
• Перед полетами владелец должен зарегистрировать беспилотник весом больше 250 граммов.
• БПЛА — это источник повышенной опасности. Если беспилотник причинит ущерб окружающим, возмещать его будет владелец.
• На полеты в городах, вблизи аэродромов, вблизи госграницы и во многих других местах нужно получить разрешение.
• При съемке с беспилотника нельзя снимать ничего, что касается неприкосновенности частной жизни. Подглядывать в окна — нельзя.
• Знать, какой объект съемки является секретным, владелец беспилотника не обязан. Охрана государственной тайны — это проблема тех, кто имеет к ней доступ, а не владельца БПЛА.
• За нарушение правил использования воздушного пространства предусмотрены штрафы. А за нарушение права на неприкосновенность частной жизни можно лишиться свободы.

Что нужно знать владельцу беспилотника о правилах съемки

Видеокамера беспилотника — это не то же самое, что камера в смартфоне или камера системы видеонаблюдения на подъезде. У аэрофотосъемки есть свои особенности и правила.

Двор, где висит видеокамера, — это общественное место. Достаточно повесить табличку о том, что ведется видеозапись, и у прохожих появляется право выбора — идти через двор или искать обходной путь.

С беспилотниками все немного сложнее — не каждый прохожий может его увидеть или понять, что снимают именно его. Как это работает в случае с беспилотниками — проще всего объяснить на примере.

Допустим, владелец беспилотника снимает городские улицы. Улица — общественное место, а значит, у каждого прохожего разрешение на съемку получать не требуется. Если лица на видео невозможно разобрать — то и разрешение на использование такой видеозаписи ни у кого получать не нужно. Владелец беспилотника может использовать такую видеозапись по своему усмотрению, монтировать как угодно, выкладывать в соцсетях — отвечать ему не придется.

Другой вариант — на видеозаписи видно лица, но конкретно выделить главного героя на ней нельзя — камера снимала толпу или зрителей на общественном мероприятии, концерте, причем ни один из них не был главным объектом съемки. В этом случае разрешения у тех, кто попал на видео, не потребуется.

А вот отслеживать в толпе или на улице конкретного человека с помощью беспилотника нельзя. Технически дрон может следовать за конкретным человеком или автомобилем. Но такая ситуация регулируется Федеральным законом о персональных данных. Перемещения человека — это его частная жизнь. И следить за этой жизнью по собственному желанию нельзя, нужно его согласие.

То же самое — и с наблюдением за окнами квартир. Снимать их издалека, с расстояния, на котором не видно, что за окнами происходит — можно. А вот заглянуть в окно без разрешения хозяина квартиры уже нельзя. В данном случае не важно, затянуто окно шторами или нет. Даже распахнутая дверь балкона и полное отсутствие штор — это еще не приглашение для любителей подглядывать.

Если человек нарушает закон — его можно фотографировать, делать видеозаписи и выкладывать их в общем доступе без разрешения нарушителя. Раз нарушены публичные интересы или изображение необходимо для защиты правопорядка и безопасности — ФЗ «О персональных данных» на такую ситуацию не распространяется.

А понятие публичных интересов в законе трактуется широко — это, например, потребность обнаруживать и раскрывать различные угрозы: демократическому правовому государству и гражданскому обществу, общественной безопасности, окружающей среде.

Но и здесь не все просто.

Например, владелец квадрокоптера снимает на видео, как условный гражданин Петров берет взятку или разбивает чужое окно. В этом случае владелец квадрокоптера имеет полное право выложить эту запись на всеобщее обозрение, и отвечать ему за это не придется. В данном случае не важно, совершает ли Петров уголовное преступление или административное правонарушение. Раз нарушены публичные интересы — и съемка, и размещение видеозаписей закон не нарушают.

Но вот другая ситуация — владелец БПЛА ведет видеосъемку шикарной дачи Иванова, а потом размещает ее в соцсетях — мол, смотрите, честные люди так жить не могут. Но построить дачу и жить в ней — не преступление. Брать взятки и тратить полученные деньги — преступление. Ответственность за взятку предусмотрена в уголовном кодексе, за такое можно лишиться свободы на срок до трех лет.

А вот проживание на шикарных дачах — ненаказуемо, пока не доказано, что имущество приобретено на деньги, нажитые преступным путем. Так что для съемки такой дачи нужно будет либо беспилотник повыше поднимать, либо разрешение у владельца получать на общих основаниях.

За нарушение неприкосновенности частной жизни можно самому стать фигурантом уголовного дела. Суд за нарушение неприкосновенности частной жизни может оштрафовать на сумму до 200 000 Р либо лишить свободы на срок до двух лет по статье 137 УК РФ.

Управление с пульта

Передача команд с помощью пульта управления — наиболее распространенная опция, применяемая как в бюджетных, так и дорогих коптерах. Оператору предлагается ряд стандартных режимов:

• подъем вверх;
• опускание со снижением оборотов двигателя;
• вращение в горизонтальной плоскости;
• наклоны в двух плоскостях.

Все операции производятся с помощью двух джойстиков. Левый отвечает за обороты двигателей и вращение. Перемещая джойстик вперед-назад, регулируют тягу: взлет и посадка. Боковое изменение положения дает команду на вращение летающей машины в горизонтальной плоскости. Перемещение джойстика влево — против часовой стрелки, вправо — в ее направлении.

Второй манипулятор отвечает за наклоны машины. Управление дроном предусматривает:

• наклон вперед для движения в данном направлении;
• наклон назад для торможения тягой или движения;
• наклоны вбок для управления траекторией или перемещения;

Манипулируя правым джойстиком пульта, можно правильно управлять квадрокоптером при его следовании по сложной траектории. Это можно считать основным функциональным каналом.

Кроме двух джойстиков, на пульте может находиться несколько функциональных кнопок. Они активируют те или иные режимы работы коптера. Например:

• разблокировка двигателей, чтобы начать взлетать и пользоваться квадрокоптером;
• зависание в стационарной позиции, для моделей с таким функционалом;
• автоматическая плавная посадка;
• выполнение заданного маршрута следования.

Сложные и дорогие квадрокоптеры могут иметь набор функций, для которого не хватит нескольких кнопок на пульте. Оператору предлагается выбрать режимы, которые активируются при нажатиях. Начальная настройка пульта не отличается сложностью, производитель предоставляет самые подробные инструкции.

Надо согласовывать план полета?

В настоящее время не надо согласовывать план полета и получать разрешение на использование воздушного пространства (ИВП) в вашем отделении Единой системы организации воздушного движения в Российской Федерации для коптеров с массой до 30 кг, если:

• полет выполняется в пределах прямой видимости в светлое время суток;
• высота полета менее 150 м от поверхности земли или воды;
• полет проходит вне диспетчерских зон аэродромов, запретных зон, над местами проведения публичных мероприятий, официальных спортивных соревнований, а также охранных мероприятий, и так далее;
• полет проходит на расстоянии не менее 5 км от контрольных точек неконтролируемых аэродромов и посадочных площадок.

Как правильно управлять квадрокоптером

В многочисленных рекламных проспектах, статьях в интернете можно прочитать, что квадро или любой другой мультикоптер — очень простое в управлении устройство. На практике это не совсем так. Управлять квадрокоптером нужно научиться. Поэтому рекомендуется вначале остановить свой выбор на простой и легкой модели. А с приобретением навыка управлять дроном — покупать дорогой аппарат. Все коптеры, предлагаемые на рынке, имеют одну стандартную схему манипулирования и реакций. Она используется вне зависимости от того, управляется ли дрон с пульта, смартфона или планшета.

• 1 С чего начать и где запускать
• 2 Управление с пульта
• 3 Как подключиться к камере
• 4 Как управлять с телефона
• 5 Управление с компьютера
• 6 Полезные советы, рекомендации
• 7 Самые популярные квадрокоптеры 2019 года

Как подключиться к камере

Сегодня можно купить даже недорогой коптер, оснащенный камерой. Для передачи видео и служебных команд используются разные радиочастоты и протоколы. Самая функциональная на сегодня схема выглядит как подключение смартфона к камере и манипулирование машиной с помощью пульта управления.

Чтобы получить живую картинку, потребуется:

• подключить смартфон к пульту управления, на котором есть соответствующий держатель;
• включить пульт и дрон;
• запустить приложение производителя квадрокоптера и подключить камеру, для этого достаточно следовать инструкциям по эксплуатации модели.

Сегодня существует несколько программных решений, как подключить квадрокоптер к телефону. Отдельные модели дронов могут использовать:

• проводную связь (установка телефона в порт на держателе) между пультом и смартфоном;
• прямое подключение телефона к дрону через Wi-Fi;
• передача данных на смартфон с пульта по беспроводному протоколу.

В зависимости от применяемой схемы взаимодействия, могут отличаться дальность передачи видеосигнала, разрешение картинки, показатели фреймрейта. Однако подключиться к камере квадрокоптера не составляет труда, главное — следовать инструкции производителя и устанавливать соответствующее программное обеспечение.

На заметку! Схема гибридного взаимодействия (отдельные технологии передачи сигналов для пульта и смартфона) используются в большинстве популярных дронов. Как примеры, можно привести весьма демократичную по стоимости модель SYMA X8SW или очень функциональную игрушку MJX Bugs 2.

В каких местах летать нельзя

Минтранс вправе устанавливать запретные зоны, где летать вообще нельзя, и зоны ограничения полетов, где летать можно только по согласованию с человеком или организацией, в интересах которых установлены ограничения на полеты.

Если запретная зона установлена в интересах Федеральной службы охраны — согласовывать полет придется с ФСО.

Так зоны, запрещенные для полетов, обозначены на карте

Можно ли снимать фото и видео с дрона

Съемка с воздуха относится к авиационным работам, поэтому официально необходимо получать разрешение у местных силовых ведомств (управление штаба военного округа и региональное УФСБ). Разъяснения по процедуре РБК получить не удалось, но борт до 150 гр ничего особо и не снимет.

Где можно летать без разрешения

Помимо регистрации владельцу беспилотника может понадобиться еще и разрешение на полет в определенных зонах. Впрочем, оно не требуется при соблюдении следующих условий:

• Максимальная взлетная масса беспилотника — до 30 кг.
• Полет должен выполняться в пределах прямой видимости и в светлое время суток.
• Высота полета должна быть не более 150 метров от земли или воды.
• Полет должен проходить вне диспетчерских зон аэродромов гражданской авиации, районов аэродромов, вертодромов государственной и экспериментальной авиации, запретных зон, зон ограничения полетов, специальных зон.
• Полет должен проходить за пределами воздушного пространства над местами проведения публичных мероприятий, официальных спортивных соревнований.
• Полет должен проходить за пределами воздушных зон над местами проведения охранных мероприятий, проводимых в соответствии с Федеральным законом «О государственной охране». Объекты государственной охраны перечислены в законе — так что над иностранными представительствами, дачами депутатов госдумы или домами лиц, замещающих государственные должности РФ, без разрешения летать нельзя.
• Полет должен проходить на удалении более 5 километров от контрольных точек неконтролируемых аэродромов и посадочных площадок.

Но в некоторых местах разрешение на полет все же потребуется.

Так выглядит карта посадочной площадки аэродрома Диксон. Она находится в открытом доступе, и владелец беспилотника может по ней понять, разрешение на полет рядом с ней

Бесколлекторные подвесы (brushless gimbal)

Параллельно с квадрокоптерами, развивалась еще одна очень интересная технология — бесколлекторный подвес для фото/видео камеры. Это отдельная плата со своими датчиками, которая удерживает камеру в нужном положении за счет двух моторов, компенсируя развороты по соответствующим осям. Их разрабатывал наш соотечественник, как работает подвес, можно видеть на видео (2013й год).

Видно что коптер качается, а ось камеры нет.

Сейчас этим уже никого не удивить, а тогда это был настоящий прорыв в качестве видеосъемки.

Особенности технического процесса

Независимо от того, собран дрон вручную из отдельно приобретенных элементов или уже в готовом состоянии, работать он будет по одному принципу. Дабы мультикоптер поднялся в небо, требуется, чтобы вращались винты – пропеллеры, управляющие воздушным потоком. Пропеллеры, в свою очередь приводят в движение синхронно работающие миниатюрные электродвигатели.

Работой электродвигателей управляет специальный блок, выполненный в форме электронных плат. Все элементы связаны между собой и питаются от подключаемого к ним аккумулятора.

Плата управления работает по тем принципам, которые в ней запрограммированы. Так, все модели в обязательном порядке имеют ручной режим управления, который осуществляется удаленно посредством пульта. И лишь часть из них работает в автоматизированном и полностью автоматическом режиме.

А что с секретными объектами и государственной тайной?

Один из страхов владельца беспилотника — случайно снять какой-нибудь секретный объект и потом стать фигурантом уголовного дела за разглашение государственной тайны. Но так не бывает.

Государство имеет полное право защищать свои интересы и засекречивать информацию, разглашение которой может нанести ущерб безопасности РФ. Например, есть на территории города какая-нибудь секретная организация, а за городом — секретный военный космодром.

Знать адреса всех космодромов и секретных организаций обычный владелец беспилотника не может, да и не обязан. Поэтому по умолчанию считается, что если он получил разрешение, когда оно требуется, на полет по определенному маршруту над определенной территорией — ничего секретного там нет, и вести съемку можно без проблем.

Случайно узнать и разгласить гостайну невозможно — к ней сначала нужно получить допуск. А если на видеозапись попало что-то секретное — это проблема не владельца беспилотника, а того человека, который ему маршрут согласовал.

Для любительских запусков беспилотников разрешения и сертификаты оформляют редко — и зря. Наличие такого разрешения может избавить от лишних вопросов со стороны правоохранительных органов. Даже если в кадр попало то, что другим видеть не следует, владелец БПЛА всегда может в объяснении написать: разрешение получил официально, маршрут согласовал, ничего не нарушил. Что там внизу находилось — не имею ни малейшего представления. Все вопросы — к человеку, который согласовал полет.

В ситуации, когда разрешение на полет не нужно, никаких секретов по маршруту не может быть по определению.

SDK и комплекты

Понятно, DJI — не единственный пример. SDK есть у Parrot, 3DR, Skydio, Yuneec (правда 3DR, Yuneec и Parrot работают с open-source-платформами, о них мы поговорим далее).

По сути сейчас мы наблюдаем процесс формирования целого рынка программного обеспечения для таких программируемых дронов.

Некоторое ПО, в т. на DJI (несмотря на то, что он не open-source) можно найти на GitHub.

Кстати, образовательные решения тут тоже есть. Например, тот же DJI выпускает специальный комплект из нескольких дронов, рассчитанный на обучение целой группы студентов программированию на Scratch, Python и Swift.

Помимо проприетарных, есть множество DIY-решений, основанных на популярных универсальных полетных контроллерах. Откровенно говоря, DIY-сообщество в свое время и стало родоначальником всего рынка управляемых дронов. Компании с рынка радиоуправляемых моделей взялись за разработку БПЛА лишь тогда, когда идея стала популярна в народе и можно было построить какие-то бизнес-прогнозы.

DIY-решения обычно опираются на какую-то из доступных систем управления (автопилотов), например Ardupilot или Pixhawk. А контроллер подбирается из списка поддерживаемых для выбранного автопилота. Впоследствии его можно даже доукомплектовать оборудованием (если прошивка позволяет это сделать). Под такие решения есть свои универсальные платформы разработки, например MAVSDK (его поддерживают 3DR, Yuneec и Parrot).

По аналогии с 3D-принтерами некоторые производители выпускают кит-комплекты для DIY дронов. К примеру, в упомянутом выше хакатоне ребята работали с дронами «Иволга» отечественного производства. Есть и другие примеры, например, Ardupilot, как производитель, предлагает на рынке собственные наборы, цена на которые варьируется в зависимости от комплектации.

Пример комплекта с Aliexpress

На базе open source контроллеров встречаются и промышленные решения.

Начиная с самосборных решений под управлением готового автопилота, некоторые энтузиасты переходят к разработкам собственного автопилота. Так мир open source в этой части постоянно расширяется. Однако это задача не для новичка. Поскольку суть заключается не столько в самом программировании, сколько в решении инженерных задач.

Как происходит регистрация БПЛА

Чтобы летать законно и ничего не нарушать, нужно начать с регистрации беспилотника. О том, как это сделать, мы подробно рассказывали в статье «Регистрация беспилотников: закон, правила постановки на учет».

С 27 сентября 2019 года по 29 марта 2022 года государственному учету подлежали только БПЛА, масса которых превышала 250 граммов. 19 марта правила изменились — минимальная масса беспилотника, подлежащего учету, составляет 150 граммов.

Зарегистрировать БПЛА можно с помощью портала госуслуг или Портала учета беспилотных воздушных судов. Для постановки беспилотника на учет его владелец должен предоставить заявление с приложением фотографии этого БПЛА.

Владельцы беспилотников, не подлежавших учету ранее, обязаны пройти процедуру регистрации в течение 60 дней с 29 марта 2022 года. Если БПЛА приобрели после 19 марта, то у владельца есть 10 дней для его регистрации.

Росавиация имеет право отказать — но в этом случае ей придется объяснить причины. В случае успешной регистрации беспилотнику присвоят учетный номер — владелец должен самостоятельно нанести его на БПЛА до начала полетов.

При утере беспилотника, его краже, продаже или дарении нужно заявить об этом в Росавиацию. К заявлению придется приложить договор купли-продажи, дарения или справку из полиции о возбуждении уголовного дела.

Новый собственник также должен зарегистрировать беспилотник на свое имя.

Если у владельца сменился собственник — прежний владелец обязан уведомить об этом Росавиацию в десятидневный срок, а при утере, краже или изменении характеристик — за два дня.

По данным судебной статистики, в 2021 году за нарушения безопасности полетов в России подвергли наказанию всего 100 человек. В эту статистику вошли не только те, кто управлял незарегистрированным беспилотником, но и другие нарушители: пилоты полноценных самолетов и даже воздушные хулиганы.

Как происходит управление Квадрокоптером?

Правый стик – отвечает за регулировку движения вперед-назад, влево-вправо. Левый же по умолчанию используется для регулировки высоты полета. Выжатый от себя левый стик поднимет устройство в воздух, а при надавливании его на себя квадрокоптер начнет снижение

Чем управляется квадрокоптер?

Летает квадрокоптер за счет четырех, вынесенных за корпус, и расположенных в углах виртуального квадрата двигателей с винтами (пропеллерами, лопастями), которые и создают подъемную силу. Принцип полета очень похож на вертолетную схему

Как дрон летит вперед?

Направление пропеллеров — рыскание, тангаж, крен На большинстве дронов это достигается с помощью левой ручки газа влево или вправо. Тангаж (Pitch)— это движение квадрокоптера вперед или назад. Подача вперед обычно достигается нажатием ручки газа вперед , что заставляет квадрокоптер наклоняться и двигаться вперед от вас. 28 мая 2020 г