Сборка аппаратной части БПЛА

 

Требования к инструментам для сборки квадрокоптера FPV

Инструменты и материалы, необходимые для сборки беспилотника типа FPV

Основные инструменты:

* Паяльник или паяльная станция:  Основным инструментом для сборки квадрокоптера является паяльник или паяльная станция. Паяльная станция отличается от паяльника возможностью регулировки температуры. Рекомендуется использовать паяльную станцию в комплекте с феном, так как фен незаменим при качественном нанесении термоусадочной трубки.

* Припой: Для сборки квадрокоптера рекомендуется легкоплавкий припой для пайки радиоэлектронных элементов с температурой плавления до 185 градусов. Припой типа ПОС 61 является оптимальным выбором. Диаметр припоя может варьироваться в зависимости от размера соединений: 0,1 мм для мелких соединений и 0,4-0,8 мм для более крупных.

* Паяльная паста: В данном контексте паяльная паста выступает в роли флюса для пайки, так как не содержит припоя. Ее функция заключается в растворении окислов на поверхности деталей, что способствует качественному соединению.

Инструменты и материалы для пайки

Паяльная паста функционирует как флюс, поскольку в её составе отсутствует припой. Основными задачами паяльной пасты являются:

* Удаление оксидов: паяльная паста растворяет оксидные пленки, образующиеся на поверхности металла.

* Повышение смачиваемости: Она облегчает процесс смачивания поверхности расплавленным припоем.

* Защита от окисления: Создавая кислородный барьер на горячей поверхности, паяльная паста предотвращает её окисление.

* Улучшение характеристик жидкого припоя: Паяльная паста оптимизирует характеристики жидкого припоя по смачиваемости.

В ходе данной работы используется паяльная паста флюс NC-559-ASM.

Необходимые инструменты:

* Мультиметр: Применяется для измерения напряжения и тока, предотвращения короткого замыкания, а также для проверки цепи на наличие разрывов, которые могут возникнуть в процессе пайки.

* Набор шестигранных ключей: Используются для работы с винтами, в частности, для крепления моторов и деталей рамы. Необходимо иметь набор шестигранников разных размеров (от 1,3 до 6 мм).

* Набор отверток: Отвертка является незаменимым инструментом. Оптимальным вариантом будет набор маленьких отверток, а также отвертка с возможностью замены головок. В комплект сменных головок могут быть включены шестигранники различных размеров.

* Кусачки, плоскогубцы и стриппер: Перед пайкой необходимо очистить провода и их соединения от изоляции. Кусачки используются для отрезания проводов нужной длины, а стриппер - для зачистки концов проводов перед лужением. Небольшие плоскогубцы необходимы для удерживания проводов во время пайки.

* Изолента:  Применяется для покрытия голых проводов регулятора оборотов (ESC) квадрокоптера, когда не удаётся найти термоусадку нужного размера, или для их крепления к лучу. Изолента удобнее в использовании, чем хомуты.

Фиксация элементов

Двусторонний скотч может быть использован для фиксации компонентов дрона. Для защиты электрических соединений рекомендуется применение диэлектрической пленки (каптон), выдерживающей высокие температуры и подходящей для покрытия печатных плат во время пайки.

Изоляция

Термоусадочная трубка применяется для предотвращения короткого замыкания. Она надевается на оголенную часть провода или элемента после пайки, а затем уменьшается в размере с помощью фена, обеспечивая изоляцию открытой части проводников. В случае отсутствия фена термоусадочную трубку можно заменить изолентой, однако этот вариант не рекомендуется, поскольку изолента подвержена истиранию и разрушению в условиях полета, что может привести к аварийным ситуациям или выходу из строя жизненно важных компонентов дрона.

Удержание и доступ к элементам

Пинцет необходим для удержания крошечных элементов дрона и доступа к труднодоступным элементам на приемнике или полетном контроллере.

Фиксация проводов

Термопистолет используется для расплавления и подачи клея, необходимого для фиксации проводов на плате и другого крепления.

Разъемы

Для квадрокоптеров размером 3 дюйма и более чаще всего используются разъемы XT60, которые будут использованы в следующих лекциях для сборки квадрокоптера. Разъем XT30 подходит только для квадрокоптеров размера меньше 3 дюймов.

Еще один популярный разъем – JST, используемый для маломощных устройств с током не более нескольких ампер.

Соединения и крепежные элементы

В высокомощных устройствах используются разъемы XT90, embora их применение встречается реже.

Для предотвращения ослабления резьбовых соединений винтов и контргаек пропеллеров под воздействием вибраций в процессе эксплуатации, рекомендуется использовать фиксатор резьбы на клеевой основе. После нанесения фиксатора необходимо выдержать время отверждения (около часа) для обеспечения надежного соединения.

Адаптеры и стопорные гайки пропеллеров

Из-за вибраций во время полета может произойти ослабление креплений стопорных гаек пропеллеров, что приводит к потере прочности соединения винтов. Следовательно, рекомендуется иметь запасные гайки. При заказе дополнительных гаек необходимо учитывать размер двигателя, так как от него зависит размер контргайки пропеллера.

Пропеллеры могут устанавливаться на специальные адаптеры, которые позволяют быстро демонтировать и монтировать пропеллер.  Важно отметить, что адаптеры бывают двух видов: с вращением по часовой стрелке и с вращением против часовой стрелки, в зависимости от направления вращения винта.

Мягкий монтаж полетного контроллера

Некоторые рамы квадрокоптеров имеют ограниченное пространство для монтажа. Стойки, поставляемые с полетным контроллером или регуляторами оборотов, могут быть высокими и неподходящими по конструкции. В таких случаях рекомендуется использовать нейлоновые стойки различных размеров и высоты для удержания полетного контроллера, регулятора, видеопередатчика и других компонентов. 

Для обеспечения виброизоляции полетного контроллера используются резиновые втулки или резиновые шпули.

Сборка аппаратной части беспилотного летательного аппарата

Инструкция по сборке дрона для аэрофотосъемки и перевозки грузов весом до 2 кг.

Для осуществления сборки требуются следующие компоненты:

* Рама размером 295 мм, совместимая с пропеллерами 7 дюймов.

* Четыре двигателя 2806 1300 kv.

* Регулятор оборотов 4 в 1 мощностью 60A с разъемом XT-60 и встроенным конденсатором.

* Полетный контроллер с процессором F7.

* Приемник на частоте 2.4 ГГц.

* Цифровой видеопередатчик с интегрированной камерой.

* Пропеллеры диаметром 7 дюймов.

* Аккумулятор емкостью 2600 mAh и напряжением 6S.

* Управляющая система на частоте 2.4 ГГц.

Рекомендации по сборке:

1. Ввиду того, что рама дрона изготовлена из углеродного волокна, обладающего электропроводностью, необходимо обеспечить надежную изоляцию всех элементов конструкции для предотвращения короткого замыкания.

2. Неправильное размещение компонентов может привести к повреждению выступающих частей (разъемов, проводов, приемника) при аварийной ситуации.

3. Для повышения надежности контактов и защиты от вибраций рекомендуется использовать термоклей на точках пайки проводов к печатным платам.

4. Для всех резьбовых соединений рекомендуется применять фиксатор средней степени фиксации (синий).

5. Следует учитывать, что порядок и варианты сборки могут варьироваться в зависимости от используемых комплектующих.

Процедура сборки БПЛА осуществляется в следующем порядке:

1. Частичная сборка рамы: начинается с нижней части и лучей, которые собираются вместе. Важно не перепутать ориентацию лучей: сторона с глухим отверстием на конце луча является верхней, на нее впоследствии устанавливаются двигатели. После сборки лучей и нижней части устанавливаются стойки.

2. Установка электродвигателей на раму: монтируются на верхнюю сторону лучей.

3. Установка камеры и цифрового видеопередатчика:  фиксируются на раме в соответствии с конструкцией БПЛА.

4. Установка регулятора оборотов 4 в 1: подключается к двигателям и источнику питания.

5. Пайка выводов электродвигателей с регулятором оборотов.

6. Пайка питающих проводов и разъемов:  обеспечивается надежное соединение электронных компонентов.

7. Установка полетного контроллера: монтируется на раме в доступном месте.

8. Установка приемника управляющего сигнала: подключается к полетном контроллеру.

9. Пайка приемника управляющего сигнала с полетным контроллером.

10. Укладка и изоляция проводов:  обеспечивается аккуратность и безопасность электропроводки.

11. Окончательная сборка рамы: устанавливаются все оставшиеся детали.

12. Установка пропеллеров: осуществляется после настройки и программирования БПЛА.

Важно отметить, что данная инструкция является общим руководством, и конкретные этапы сборки могут варьироваться в зависимости от модели БПЛА.

1. Сборка рамы квадрокоптера

Начальным этапом сборки является частичное соединение элементов рамы. Процесс начинается с нижней части и лучей, которые собираются в единую конструкцию. В рассматриваемом случае речь идёт о схеме квадрокоптера, где к раме крепятся четыре луча. При этом критически важно не допустить ошибки в ориентации лучей.  На одном конце каждого луча с одной из сторон расположено небольшое глухое отверстие. Сторона с этим отверстием считается верхней, поскольку на неё Subsequently will be installed engines.

После соединения лучей и нижней части рамы необходимо установить стойки.  Установка верхней крышки на данном этапе не требуется, так как после полной сборки рамы будут установлены электронные компоненты, доступ к которым будет затруднён при наличии крышки. Аналогично, установка крепления для антенн также откладывается до завершения сборки рамы.

2. Установка электродвигателей

На втором этапе осуществляется установка электродвигателей на вершинах лучей квадрокоптера. При этом, силовые и управляющие кабели необходимо направлять к центру устройства. Для обеспечения безопасности и предотвращения повреждений, кабели должны быть надежно зафиксированы изоляционной лентой.

3. Установка камеры и цифрового видеопередатчика

На третьем этапе осуществляется установка камеры и цифрового видеопередатчика. Важно отметить, что камера предварительно соединена с видеопередатчиком. Тем не менее, к видеопередатчику необходимо припаять соединительные провода, которые Subsequently крепятся к полетному контроллеру.  

Расположение проводов и контактных площадок обычно подробно описано в инструкции к видеопередатчику.  Особое внимание следует уделить правильности подключения проводов черного и красного цвета (заземление и 9V), так как ошибка может привести к дорогостоящему выходу из строя видеопередатчика.

Далее, антенна видеопередатчика продевается в предназначенное для нее крепление и надежно фиксируется. После завершения пайки соединительных проводов и установки крепления антенны, камера и видеопередатчик устанавливаются на отведенные им места.

Камера крепится двумя короткими винтами М2 в передней части квадрокоптера, при необходимости используются пластиковые шайбы М2. Видеопередатчик крепится длинными винтами М2 и гайками М2 в задней части квадрокоптера. Провод, соединяющий камеру и видеопередатчик, прокладывается по центру квадрокоптера.  Сверху него будут монтироваться остальные компоненты аппарата.

4. Пайка питающих проводов и разъёмов

На четвёртом этапе осуществляется пайка питающих кабелей к разъёму. При этом необходимо строго соблюдать полярность: красный провод соответствует плюсовой polarity, чёрный – минусовой. 

Для минимизации электромагнитных помех, влияющих на передачу видеосигнала с бортовой камеры, и защиты электронной начинки от скачков напряжения рекомендуется установка электролитического полярного конденсатора емкостью 10 мкФ и напряжением 35 вольт. Из-за ограниченного пространства внутри корпуса аппарата конденсатор припаивается вблизи разъёма.

Далее, после залуживания контактных площадок и проводов, осуществляется пайка питающих проводов к регулятору оборотов. Важно вновь соблюдать полярность. Места пайки разъема и конденсатора необходимо изолировать с помощью герметика, изоленты или термоусадочной трубки. 

В процессе пайки следует контролировать температуру печатной платы, чтобы избежать перегрева расположенных на ней элементов.

5. Установка регулятора оборотов

На пятом этапе сборки осуществляется установка регулятора оборотов типа "4 в 1".  Для этого используются болты, заранее подготовленные на раме. Между Printed Circuit Board (PCB) и металлическим болтом устанавливается резиновая стойка, выполняющая функцию виброизоляции и предотвращающая протекание электрического тока.

Следующим шагом является пайка выводов электродвигателей к регулятору оборотов.

Производится лужение контактных площадок на устройстве регулирования оборотов. Провода, идущие от двигателей, подвергаются обрезке, зачистке и последующему лужению. Рекомендуется осуществлять обрезку проводов таким образом, чтобы обеспечить их надежное, но не чрезмерно натянутое крепление. Припаивание проводов к луженым контактным площадкам производится последовательно.

6. Монтаж полетного контроллера 

Осуществляется над регуляторами оборотов с использованием резиновых стоек. Важно обеспечить достаточное расстояние между элементами полетного контроллера и регулятором оборотов 4 в 1, а также неизолированными проводами для предотвращения corto circuito.

7. Установка приемника УС

На седьмом этапе необходимо осуществить установку и пайку приёмника управляющего сигнала.  Предварительно на устройство следует установить требуемое программное обеспечение, что в профессиональной среде именуется "прошивкой". Приёмник крепится в задней части рамы квадрокоптера. Его антенны размещаются в специально предусмотренных отверстиях на креплении для антенн.

8. Пайка приемника управляющего сигнала

На данном этапе осуществляется соединение приемника управляющего сигнала с полетным контроллером посредством пайки. В комплект поставки приемника входит набор проводов, предназначенных для подключения, а также документация, в которой подробно описаны функции и наименования выводов. 

Необходимо произвести пайку проводов, соответствующих выводам приемника, к контактным площадкам на полетном контроллере. На каждой контактной площадке нанесена маркировка, указывающая ее назначение. 

Порядок пайки следующий:

* Провод GND паяется к контактной площадке GND.

* Провод 5V паяется к контактной площадке 5V.

* Провод SBUS паяется к контактной площадке SBUS.

* Провод SPORT паяется к контактной площадке TX.

После завершения пайки необходимо провести изоляцию приемника. Для этого можно использовать термоусадочную трубку или изоленту.  Контактные площадки, к которым припаяны провода, также требуют изоляции. Рекомендуется использовать термоклей для этой цели.

9. Укладка и изоляция электропроводки

На девятом этапе сборки осуществляется укладка и изоляция проводов.  

Прежде чем укладывать кабели, необходимо произвести их скрутку. По желанию, кабели можно поместить в оплетку.  

Осуществляется тщательная изоляция всех оголенных участков проводов. Важно обеспечить надлежащую фиксацию кабелей таким образом, чтобы они не выходили за пределы рамы, не подвергались пережимам конструктивными элементами рамы, и не закрывали доступ к кнопкам и разъемам на полетном контроллере и видеопередатчике.

По завершении укладки проводов допускается их фиксация с помощью термоклея.

10. Финальная сборка рамы

На десятом этапе осуществляется финальная сборка рамы.

Требуется установить и закрепить верхнюю крышку рамы, а также зафиксировать антенны с помощью стяжек. Установка пропеллеров производится после настройки квадрокоптера.  Важно отметить, что пропеллеры снимаются перед каждым программированием или настройкой устройства.