Лучшие дроны и квадрокоптеры на Arduino

Хочешь создать свой собственный дрон или квадрокоптер на Arduino? Вот несколько классных самодельных проектов, которые помогут вам начать действовать!

Представь себе, что можно наблюдать за окружающим миром с высоты птичьего полета. Дрон или квадрокоптер с установленной камерой позволит это сделать. Он даже позволяет записывать или фотографировать с такого ракурса.

Хотя существует множество дронов и квадрокоптеров, которые можно купить, построить свой собственный с нуля — тоже вариант. Если вы хотите приступить к созданию прототипа собственного дрона, то в качестве «мозга» для начинающих можно использовать Arduino.

Познакомьтесь с некоторыми из самых впечатляющих самодельных дронов, созданных с помощью Arduino! Но сначала рассмотрим некоторые важные детали…

Дроны против квадрокоптеров

Чтобы прояснить путаницу, дрон — это беспилотное летательное устройство, а квадрокоптер — это тип дрона, у которого четыре двигателя оснащены четырьмя пропеллерами. К другим типам дронов относятся однороторный дрон, трикоптер с тремя роторами и гексакоптер с шестью роторами.

Преимущество дрона с одним винтом — большая выносливость, то есть общее время полета. С другой стороны, многовинтовой дрон обладает большой маневренностью.

Каждый дрон состоит из нескольких частей: каркаса, пропеллеров, двигателей, аккумуляторов, радиоприемников, гироскопа, акселерометра, возможно, других датчиков и процессора, который связывает все это воедино.

Существуют крошечные платы разработки Arduino, которые подходят для этой цели, например Arduino Nano. При этом Arduino Uno и Arduino Mega также достаточно портативны, чтобы стать частью конструкции самодельного дрона. Вы даже можете пойти дальше и разработать собственные печатные платы для системы управления.

В любом случае, благодаря современным технологиям проектирования и производства, эти электронные компоненты достаточно миниатюрны, чтобы их можно было использовать для создания дронов.

С основами мы разобрались, давайте же отправимся в полет!

Дроны

Хотя дроны часто ассоциируются с квадрокоптерами, они имеют ограниченное время полета. Поэтому, прежде чем перейти к нашему списку лучших квадрокоптеров Arduino, давайте рассмотрим некоторые дроны Arduino, которые отличаются от квадрокоптеров. Они используют крылья вместо несущих винтов, используют аэродинамику или используют воздушный шар для увеличения выносливости и скорости.

Blimpduino

Дирижабль использует подъемный газ, чтобы подняться в воздух, двигатели для приведения в движение и гондолу для перевозки полезного груза. Не так давно их считали летательными аппаратами будущего. Очевидно, что путешествия на дирижаблях не оправдались, но это не помешало этому создателю построить их миниатюрную версию!

В его основе лежит плата контроллера на базе Arduino, оснащенная встроенным Wi-Fi и лазерными датчиками. Этот миниатюрный дирижабль, известный как Blimpduino, — не просто плавающий дрон, а нечто, чем можно управлять с помощью приложения для смартфона.

У него два боковых пропеллера, обеспечивающих движение вперед и назад, и один подъемный пропеллер, работающий с газом внутри воздушного шара. Кроме воздушного шара, можно напечатать 3D-конструкцию гондолы, а также понадобится плата управления Blimpduino. Если ее нет в наличии, вы можете собрать свою собственную, используя Arduino Uno, Wi-Fi и лазерные датчики по прилагаемым схемам.

• Автор: jjrobots
• Основные компоненты: Плата управления Blimpduino или (Arduino Uno, 9-DoF IMU breakout board, датчик лидар), бесщеточные двигатели, 3D-печатные детали, воздушный шар.
• Сложность: Новичок
• Где найти: Thingiverse, jjrobots

RC-самолет «Летающее крыло»

Далее у нас есть беспилотник с фиксированным крылом, который представляет собой легкий самолет из пенопласта Arduino с усиленной ламинацией, сочетающий в себе атлетизм и аэродинамику. В нем используется Arduino Nano в качестве «мозга» как в радиопередатчике, так и в приемнике.

Хотя этот RC-самолет из пенопласта может показаться хрупким, он удивительно прочен и может выдержать множество аварийных посадок, что было продемонстрировано создателем во время освоения управления полетом. Беспилотник работает на одном пропеллерном двигателе и двойном управлении крыльями и может летать около 12 минут.

Max Imagination предоставляет подробную инструкцию по сборке самолета, а также радиопередатчика с полным списком деталей и необходимыми кодами для радиопередатчика и приемника.

• Автор: Max Imagination
• Основные компоненты: Arduino Nano, модуль nRF24L01, бесщеточный электронный регулятор скорости, сервомоторы, пенополистирол.
• Сложность: Средний уровень
• Где найти: YouTube

Бумажный самолетик

Забудьте о бумажных самолетиках, которые падают после пяти метров полета или о высокой цене на магазинные RC-модели. Самолет Arduino Airplane — это бюджетный самолет и воплощение мечты: в фюзеляже, вырезанном из легкого крафтового пенокартона, установлен Arduino Nano. Добавление картона на легкий пенопласт придает ему красивый дизайн и прочность.

Что обеспечивает тягу?: Мощный, но легкий щеточный двигатель DC 180. Кроме того, еще один Arduino Nano необходим для управления этой изящной птицей, чтобы слушать движения джойстика и преобразовывать их в направления для элеронов, руля и элеватора.

Автор делится всем, что понадобится для запуска, включая весь список деталей, чертеж замысловатой конструкции, а также необходимые коды. Запущенный с небольшой взлетной полосы или поднятый в небо рукой, Arduino Airplane готов произвести впечатление.

• Автор: KendinYap
• Основные компоненты: Arduino Nano, модуль nRF24L01, двигатель DC 180, сервомоторы, пенополистирол
• Сложность: Средний уровень
• Где найти: KendinYap, YouTube

Пенопластовый RC-самолет

Для создания этого беспилотника Arduino использовал ЧПУ Arduino для вырезания из пенопласта легкого корпуса самолета. Однако оживить этот беспилотник можно и с помощью любого обычного фрезера. После нескольких аварийных посадок дизайнер добавил структурное усиление и заламинировал необходимые детали обычной упаковочной лентой. Это укрепило конструкцию, а также добавило нотку аэродинамики, снизив сопротивление и улучшив характеристики в полете.

Мозг этой птицы состоит из двух Ардуино. Arduino Pro Mini в передатчике считывает каждую команду джойстика, а другой в приемнике преобразует их в выходы для четырех сервомоторов, которые двигают два элерона, точно наклоняют руль высоты и направляют рули. Конечно, есть и бесщеточный двигатель, который поднимает этот самодельный шедевр с земли.

Все детали этой сборки — открытая книга, включая процесс проектирования, руководства по сборке и замысловатые схемы, что делает ее приглашением к созданию собственного дизайна. Так что берите инструменты, обращайтесь к своему внутреннему брату Райту, и пусть Arduino RC Airplane станет вашим холстом.

• Автор: How To Mechatronics
• Основные компоненты: Arduino Pro Mini, модуль nRF24L01, бесщеточный двигатель, сервомоторы, пенопласт.
• Сложность: Средний уровень
• Где найти: YouTube, How To Mechatronics

Простые квадрокоптеры

Откройте для себя лучшие модели простых, но интересных квадрокоптеров на Arduino, в которых соблюден баланс между простотой и функциональностью.

Дроны Uno

Мечтаете полетать на дроне по небу, не тратя при этом много денег на его покупку? Автор воплотил эту мечту в реальность, создав проект с открытым исходным кодом, который стоит в разы дешевле некоторых альтернативных вариантов. Этот самодельный дрон на Arduino Uno имеет тщательно разработанную раму, основанную на научных принципах, чтобы минимизировать крутящий момент и максимизировать подъемную силу, обеспечивая при этом надежную устойчивость.

Каждый рычаг этого дрона сделан как можно тоньше и расположен так, чтобы оптимизировать воздушный поток и тягу. Чтобы не превышать бюджет, этот квадрокоптер на Arduino не использует пульт дистанционного управления и летает по заранее запрограммированным траекториям.

Однако если вы хотите добавить функцию дистанционного управления, автор рекомендует добавить радиоволновые контроллеры, такие как nRF24L01 или поэкспериментировать с различными инфракрасными приемопередатчиками. Так что создавайте, творите и покоряйте облака по одной строчке кода и одному идеально расположенному проводу за раз.

• Автор: Daniel Ramsgard
• Основные компоненты: Arduino Uno, двигатель постоянного тока, транзисторы, модуль nRF24L01 (опционально).
• Сложность: Новичок
• Где найти: Hackster

Бюджетный Bluetooth-беспилотник

Забудьте о дорогостоящих дронах — это крошечное чудо на базе Arduino летает в рамках ограниченного бюджета, что делает его идеальной площадкой для начинающих технарей. Будучи одним из самых дешевых беспилотников, этот дрон не имеет длинного списка деталей или длительного процесса сборки, но при этом им можно управлять с помощью приложения RemoteXY.

В основе этого летающего аппарата лежит Arduino Pro Mini, микроконтроллерная плата на базе чипа ATmega328P. Хотя ее стоимость не превышает 1500 рублей, вы также можете выбрать только чип ATmega328P на специализированной плате по цене менее 500 рублей, как это делает производитель, если у вас есть опыт пайки. Обратите внимание, что для питания платы Arduino вам понадобится повышающий преобразователь, поскольку он требует более высокого напряжения, чем используемая маленькая 5-вольтовая батарейка.

Используя напечатанную на 3D-принтере раму и модуль HM-10 Bluetooth, этот дрон предлагает удобное управление со смартфона благодаря Arduino IDE и MultiWii, устраняя необходимость в отдельном пульте дистанционного управления. Благодаря простому для начинающих процессу сборки, подробным схемам, готовой прошивке и интуитивно понятному интерфейсу приложений этот дрон — идеальная ступенька для раскрытия вашего внутреннего изобретателя.

• Автор: Jovian_Dsouza
• Основные компоненты: Arduino Pro Mini, Bluetooth-модуль HM-10, датчик MPU 6050, микромоторы.
• Сложность: Новичок
• Где найти: Instructables, YouTube

Квадрокоптер

Этот пошаговый проект поможет новичкам пройти путь от выбора подходящей рамы до программирования дрона. В описанной сборке использовалась Arduino Nano, но Arduino Uno тоже может работать. Для измерения ориентации, скорости и силы тяжести квадрокоптера рекомендуется использовать гироскоп и акселерометр MPU-6050.

Автор рекомендует использовать раму из алюминия, углеродного волокна или дерева. Он также отмечает, что часто используются рычаги из алюминия.

• Автор: Jack Brown
• Основные компоненты: Arduino Nano, датчик MPU-6050, резисторы, электронный регулятор скорости, RC-передатчик.
• Сложность: Средний уровень
• Где найти: MyDroneLab

Квадрокоптер Nano

Этот 3D-печатный квадрокоптер имеет Arduino Nano в качестве «мозга». Каркас был полностью смоделирован и отпечатан, что позволяет полностью контролировать эстетику вашего дрона!

Для сборки использовался клон Arduino Nano вместе с Bluetooth-модулем HC-06. Для этой модели рекомендуется использовать 55-миллиметровые пропеллеры.

Автор отмечает, что существуют альтернативы выбранному микроконтроллеру. Их первоначальный выбор не включал в себя модуль связи, поэтому потребовался дополнительный модуль HC-06 Bluetooth 2.0. Впрочем, есть и другие варианты: например Arduino Nano 33 BLE Sense, помимо Bluetooth® Low Energy, включает в себя больше датчиков, которые могут пригодиться или добавить больше функциональности вашему квадрокоптеру.

• Автор: Montvydas
• Основные компоненты: Arduino Nano, разъемы JST, N-MOSFET, P-MOSFET.
• Сложность: Средний уровень
• Где найти: Instructables

3D-печатный квадрокоптер

На очереди — 3D-печатный квадрокоптер с собственной программой, рамой и печатной платой. Изначально автор создал прототип всей конструкции с помощью Arduino Uno. Затем он создал специальную печатную плату для финальной сборки.

Как человеческое тело зависит от механизмов обратной связи, так и электронные устройства. В контексте беспилотников для этой цели используется ПИД-регулятор — программа. В данной сборке используются три алгоритма ПИД-регулятора для стабилизации по осям X, Y и Z. Код также управляет функциями радиосвязи и, как утверждается, стабилизирует себя со скоростью 100 раз в секунду.

• Автор: Nikus
• Основные компоненты: Arduino Uno (или создайте свою собственную плату!), пропеллеры, MPU-6050, радиомодуль nRF2224L01, линейный стабилизатор 3,3 В.
• Сложность: Средний уровень
• Где найти: Instructables

Продвинутые квадрокоптеры

Жаждете больше возможностей? Окунитесь в царство продвинутых квадрокоптеров Arduino, расширяющих границы инноваций и предлагающих почти то же, что может предложить готовый коммерческий или хобби-беспилотник.

Квадрокоптер с функцией GPS

Это дрон с функцией GPS и функцией вида от первого лица (FPV). Он также способен вернуться домой или отправиться в определенную точку. Автор использовал Arduino Mega и Uno, но отмечает, что второй Uno может заменить Mega для неавтономной версии этого квадрокоптера.

• Автор: elementguy
• Основные компоненты: Arduino Mega 2560, Arduino Uno R3, рама квадрокоптера, бесщеточные двигатели, UBEC ESCs, Arduino Ultimate GPS Shield, HC-12, датчик MPU 6050
• Сложность: Средний уровень
• Где найти: Instructables

Удержание высоты

Для того чтобы дрон не упал на землю, пропеллеры дрона поддерживают его в воздухе, создавая подъемную силу. Чтобы контролировать высоту, пользователю необходимо увеличить или уменьшить скорость вращения пропеллеров.

Такой ручной подход может быть сложным, поэтому многие коммерческие дроны сегодня оснащены функцией удержания высоты. Подобная функция может быть реализована и самостоятельно. Для этого необходимо использовать барометр или, как в данном случае, ультразвуковой датчик расстояния.

• Автор: harsh dokania
• Основные компоненты: Arduino Nano, ультразвуковой датчик HC-SR04, полетный контроллер KK.
• Сложность: Средний уровень
• Где найти: Hackster

Интеллектуальный летающий робот

Это квадрокоптер, который может следить за красным шариком, а также за лицами! После несчастного случая автор решил сделать умного летающего робота, который мог бы искать и спасать других людей, которые тоже могут попасть в аварию, как и он.

Для сборки использовался контроллер MultiWii, который, как отмечает автор, по сути, является Arduino Pro Mini с несколькими дополнительными датчиками. Программное обеспечение для MultiWii теперь поддерживает все распространенные версии Arduino.

В этой сборке также используется Raspberry Pi Zero с модулем камеры Pi для поддержки дополнительных умных функций, таких как распознавание лиц.

• Автор: Imetomi
• Основные компоненты: Комплект MultiWii SE 2.5 или (Arduino Pro Mini с датчиками полета), комплект рамы квадрокоптера, GoPro, Raspberry Pi Zero W, камера Raspberry Pi
• Сложность: Продвинутый
• Где найти: Instructables

Следопыт

Это второй проект в нашем списке от Imetomi, который поделился большим количеством проектов дронов на базе Arduino на сайте Instructables. Этот проект является автономным и следует за вами по пятам! Точнее, он следует за мобильным телефоном, а также способен избегать препятствий.

В его основе лежит контроллер MultiWii в котором используется тот же чип ATmega, что и в Arduino Uno. Возможно, вам будет проще достать Arduino, так что это достойная замена!

• Автор: Imetomi
• Основные компоненты: Полетный контроллер MultiWii 32 kB или (Arduino Uno), ультразвуковой датчик, модуль Bluetooth, последовательный модуль GPS.
• Сложность: Продвинутый
• Где найти: Instructables

CovidTestDrone

Как следует из названия, этот дрон доставляет тесты Covid непосредственно к человеку без необходимости физического контакта с ним. В некоторых случаях в сельской местности транспорт может быть затруднен или ближайший центр тестирования может находиться далеко. Автор этого дрона стремится решить эту проблему.

В нем используется комплект беспилотника NXP HoverGames с блоком управления полетом (FMU) RDDRONE-FMUK66. Что касается микроконтроллера, то для этой сборки был использован Arduino MKR GSM 1400. Именно этот Arduino имеет встроенный GSM-модуль, поэтому нет необходимости во внешнем GSM-модуле.

• Автор: Andrei Florian
• Основные компоненты: Arduino MKR GSM 1400, сервомотор SG90, преобразователь логических уровней, датчик температуры и влажности GY-21, SIM-карта Hologram global IoT, комплект для дрона NXP HoverGames, компьютер NXP EMCraft Nav-Q
• Сложность: Продвинутый
• Где найти: Hackster