От сборки до полета:

КЕЙС

Кейс-лонгрид для наставников образовательных организаций в рамках проведения мероприятия «Педагогическая мастерская» Всероссийской ярмарки технологических проектов «Павильон инженерных идей»

Запусти свой беспилотник!

конструирование беспилотных летательных аппаратов

О ЧЁМ КЕЙС?

Представьте, как увлекательно ваши ученики смогут освоить современные технологии, собирая собственный квадрокоптер! Этот кейс предоставляет великолепную возможность для педагогов и наставников познакомить подростков с основами электротехники и программирования в процессе практического создания устройства.

Развивая навыки работы с компонентами, учащиеся не только научатся читать схемы и писать код, но также получат понимание принципов работы авиации и беспилотных технологий. Это подход к обучению вдохновляет молодых людей на изучение STEM-дисциплин и формирует у них практическое мышление.

Применение таких проектов позволит Вам, как наставнику, создать дополнительный интерес к техническим специальностям и развить в ваших учениках уверенность в собственных силах, пробуждая стремление к инновациям и исследованиям. Дайте вашим ученикам шанс раскрыть свои таланты в мире беспилотных авиационных систем!

КОМУ ПОЛЕЗЕН КЕЙС?

Кейс будет полезен обучающимся и наставникам образовательных организаций, технологических кружков для погружения в повестку беспилотной авиации с наиболее интересной стороны - путем выполнения практического задания по конструированию и сборке FPV-дрона.

Кейс может быть также использован для проведения уроков «Труд-технология», в том числе модуля по БПЛА; занятий внеурочной деятельности и дополнительного образования в сфере беспилотных летательных аппаратов.

ТРЕНДЫ И ИННОВАЦИИ

Проект "Беспилотные авиационные системы" в Томской области — это инициатива, которая направлена на использование дронов(квадрокоптеров) для разных задач.

Уже сейчас дроны могут помогать в сельском хозяйстве, например, для мониторинга полей и растений, проводить обследования территорий, доставлять лекарства и продукты, участвовать в поисково-спасательных операциях и даже обеспечивать безопасность.
И наставники и школьники по всей стране уже сейчас изучают, как эффективно применять беспилотники. Почти во всех регионах с успехом прошли «Уроки БПЛА». Появилась отличная возможность и для Вас познакомиться с инновациями в этой востребованной отрасли.

Данный кейс - это первый шаг, чтобы попробовать “руками” современные беспилотные технологии и спроектировать свой собственный беспилотник на примере FPV-дрона.

КАК ВКЛЮЧИТЬСЯ ШКОЛЬНИКАМ?

Национальная технологическая инициатива и рынок «Аэронет»

Одним из направлений (рынков) Национальной технологической инициативы является рынок «Аэронет». Он направлен на создание новых технологических решений в беспилотной отрасли, развитие предприятий по производству разных типов БПЛА.

Для школьников присоединиться к рынку “Аэронет” можно уже сейчас - в ходе участия в Национальной технологической олимпиаде. Для обучающихся 8-11 классов есть несколько подходящих профилей - Беспилотные авиационные системы, автономные транспортные системы, летающая робототехника.

А данный кейс даст вам основы по 3Д-моделированию, необходимые для постройки дрона по решению конкретной инженерной задачи.

ДЛЯ РАБОТЫ НАД КЕЙСОМ ПОНАДОБИТСЯ

ЛИКБЕЗ ПО БПЛА

БПЛА – беспилотные летательные аппараты. Это летательные устройства, которые способны выполнять полёты без непосредственного участия человека на борту. По существу – это беспилотные летающие роботы. Они могут управляться дистанционно или летать в автономном режиме с помощью встроенного программного обеспечения.

БПЛА подразделяются на беспилотники самолетного и мультироторного типа. Простыми примерами могут служить планеры и дроны (коптеры). Дрон, имеющий 4 несущих винта, называется квадрокоптером.

FPV-дрон (от английского "first-person view" — «вид от первого лица») — это летательный аппарат, оснащённый видеокамерой, который управляется оператором на расстоянии. Дрон передаёт видеосигнал в режиме реального времени, позволяя оператору видеть изображение с камеры на FPV-очках или экране. Это создает эффект присутствия, словно оператор находится в кабине дрона, что значительно улучшает управляемость и зрительное восприятие во время полёта.

ЛИКБЕЗ ПО КОМПЛЕКТУЮЩИМ

Полетный контроллер – это устройство для управления дроном; представляет собой печатную плату.
Плата распределения питания – это устройство для подачи питания от источника к отдельным комплектующим.
ESC-регулятор – от англ. «Electric Speed Controller» - электронный контроллер скорости, передает энергию от аккумулятора к бесколлекторному мотору.
Бесколлекторный двигатель – это упрощённая конструкция мотора дрона.
Приёмник – это устройство, которое отвечает за передачу сигнала с камеры на FPV на очки или монитор.
Рама, крышка, столбцы - это элементы конструкции дрона.
Адаптер питания – это устройство, которое позволяет подключить дрон к источнику питания (аккумулятору).
Видеопередатчик – это устройство, которое принимает видеосигнал с FPV камеры квадрокоптера и передает в шлем или очки.
Bind Key – это перемычка, необходимая для замыкания сигнального порта с землёй при подключении пульта.

ХОД РАБОТЫ

1

Начнём сборку с того что припаяем адаптер питания XT-60 к плате распределения питания BeeRotor BF3. Красный провод необходимо припаять к площадке BAT+ а чёрный к BAT-

2

Установим на корпус столбцы для крепления платы распределения питания.

3

Теперь прикрутим к раме плату распределения питания и двигатели, как показано на рисунке.

4

Далее припаяем к площадкам + и – ESC регуляторы по очереди.

5

Затем припаяем двигатели к регуляторам. Провода можно паять в любой очередности.

6

Затем с помощью шлейфа соединим плату распределения питания с полётным контроллером.

7

Установим полётный контроллер поверх пластиковых столбиков.

8

Установим приёмник как показано на рисунке.

9

Установим камеру как показано на рисунке. Камеру можно установить на термоклей.

10

Далее шлейф подключается к полётному контроллеру и видеопередатчику, как показано на рисунке.

11

Далее произведём подключение дрона к пульту и его прошивку.

12

Для этого возьмём пульт FS – 1i и зажмём кнопку Bind.

13

Затем установим Bind Key в приёмник в шину B, как показано на рисунке.

14

Затем произведём установку крышки, предварительно прилепив к ней липучки для крепления аккумуляторной батареи. Приёмник можно закрепить с помощью специальных пластиковых хомутов на крышке.

15

Далее произведём подключение аккумуляторной батареи к дрону.
На экране пульта появится Bind OK.

16

Затем проверим настройки каналов на пульте. Зажмём кнопку “ОК” на пульте и зайдём во вкладку “System”. Затем с помощью кнопки “DOWN” пролистаем вниз до раздела “RX Setup” и выберем “PPM Output”. В данном разделе проверим чтобы было написано “On”. Если же стоит “Off” то с помощью кнопки “UP” поменять на “On”. Далее с помощью кнопки “CANCEL” сохраним настройки.

17

Затем проверим чтобы протокол i-BUS был назначен на первый канал. Для этого в меню “RX Setup” прокликаем до “ i-BUS Setup” и убедимся, что под Channel стоит Ch1, в ином случае меняем с помощью кнопки “DOWN”.

18

Далее выйдем в самое начало меню и выберем вкладку “Functions setup”. В ней выберем “Aux.Channels”. В данной вкладке проверим чтобы пятый канал был настроен на стик SwA, Шестой канал должен быть настроен на стик SwC. С помощью кнопки “CANCEL” сохраним настройки.

19

Далее произведём прошивку дрона с помощью конфигуратора Cleanflight. Откроем конфигуратор Cleanflight.

20

Далее произведём подключение собранного дрона к компьютеру. Для этого подключим microUSB к соответствующему разъёму на полётном контроллере.

21

После подключения перед нами открывается окно.

22

Далее во вкладке “Порты” выставим флажок под Serial RX напротив UART 2.

23

Затем зайдём во вкладку “Приёмник”. Для корректной регулировки стиков необходимо подключить к дрону аккумулятор. Убедимся в том что ползунки реагируют на движения стиков.

24

В режимах полётов выстроим следующую конструкцию. Под стик Aux 1 установим возможность включать и выключать дрон с пульта. А на AUX 2 выставим возможность переключать режимы полётов Angle и Horizon.

25

Затем нажмём на кнопку “Сохранить и Перезагрузить” и закроем наш конфигуратор.

26

Теперь нам необходимо настроить направление вращения двигателей, как показано на рисунке. Так как мы используем регуляторы от BL Heli то нам понадобится BlHeli Configurator. Для работы с ним необходимо закрыть конфигуратор CleanFlight и подключить аккумулятор к квадрокоптеру.

27

Запустим BLHeli и нажмём Connect.

28

Далее нажмём Read Setup.

29

Далее нажмём на кнопку “Flash All”.

30

Далее необходимо выбрать прошивку “A-H-25”.

31

Версию выберем последнюю, релизную (beta не рекомендуется).

32

Далее с помощью пульта запустим дрон. Если направление вращения двигателей противоречит рисунку с мануала, то выбираем Reversed; если стоит Normal, то Normal, если изначально стоит Reversed.

33

Теперь нажмём Flash Firmware на каждом регуляторе.

34

Далее закончим прошивку нажав Read Setup и Disconnect.

35

Предпоследним этапом будет подключение FPV-очков к квадрокоптеру.

36

Для того чтобы подключить очки к дрону необходимо включить их на кнопку включения. Затем необходимо переключать каналы с помощью CH+ пока не установится вид с камеры.

37

Последним этапом будет установка винтов. Мы будем использовать трёхлопастные винты. Одинаковые по направлению винты должны находится симметрично по диагонали друг от друга.

Итоговый продукт может выглядеть вот так

ВОПРОСЫ ДЛЯ РЕФЛЕКСИИ

ЧТО ДАЛЬШЕ?

ПРИМЕРЫ ПРОЕКТОВ ШКОЛЬНИКОВ

АВТОР КЕЙСА

Мотовилов Марк Александрович

педагог дополнительного образования

АЭРО-квантум АНО ДО “Детский технопарк “Кванториум”