Ten wpis będzie wprowadzeniem do świata dronów dla nowego użytkownika. Jest to zbiór informacji, które dla doświadczonego użytkownika są banalne, jednak dla nowego w tym hobby mogą być zaskakujące. Nie będzie to krótka lektura - ale do bezpiecznego rozpoczęcia przygody - myślę że niezbędna.

Dron o którym sobie dzisiaj opowiemy to quadrokopter zasilany prądem z baterii LiPo. Jest to model z czterema silnikami, sterowany zdalnie - za pomocą radia.

Dron ma śmigła

Dwa kręcą się w lewo, dwa w prawo. Zamontowane są parami po przekątnej. Złe lub odwrotne ich zamontowanie
jest możliwe - choć nie zawsze i to zależy od modelu drona. Zły montaż śmigieł spowoduje to że dron nie oderwie się od ziemi lub od razu wywróci się na któryś bok. Nie ma możliwości, żeby dron ze źle zamontowanymi śmigłami latał.

Śmigła są trochę jak opony w aucie - od nich zależy stabilność i bezpieczeństwo lotu. Są też najbardziej narażone na uderzenia w przedmioty. Od uderzeń połamią się lub wyszczerbią, co zmusi Cię do ich wymiany. Pamiętaj, że oszczędzanie na śmigłach zawsze kończy się źle. Śmigła powinny być sprawdzane przed każdym lotem i utrzymane być w idealnym stanie. Małe pęknięcie? Nie szkodzi - wymieniaj, nie dziaduj. Dron poleci na pękniętym śmigle. Tyle że zamiast walczyć z wiatrem o utrzymanie pozycji, będzie walczył sam ze sobą, żeby chociaż w miarę się utrzymać stabilnie. Duży, ciężki dron nawet na złamanym śmigle poleci i wróci zgodnie z rozkazem pilota, małemu niestety może na walkę z wiatrem braknąć mocy.

No to może na te śmigła osłonki?

I tak I nie. Osłonki stosuje się wyłącznie przy lataniu w domu i w ciasnych precyzyjnych lotach na zewnątrz. Zwiększają one masę i powierzchnię drona. Sprawiają że lata on krócej na baterii, jest mniej precyzyjny w locie, do tego często oprogramowanie drona zakłada na drona ograniczenia (typu max 30m w górę max 120m w dal - przykład z Mavic Mini). Latanie w osłonka na zewnątrz to proszenie się o problemy. Większość dronów wyłączy śmigła podczas upadku, więc nic to nie zmieni że dron spadnie na ulicę z osłonką. Osłonka to jednak wiele dodatkowych punktów zaczepienia - punktów, na których dron zawiśnie w razie kolizji z drzewem.

[embed]https://youtu.be/BXCeaZq4EPM[/embed]

Śmigła zamontowane są na?

Na silnikach!

Silniki dzielimy na szczotkowe i bezszczotkowe . T. Szczotkowe z zasady są słabsze, mają mniejszą żywotność i często wymagają użycia przekładni (zębatki) aby rozkręcić śmigło do wystarczającej prędkości, pozwalającej na uniesienie drona. W dronach fotograficznych nie ma gadania, zawsze chcesz bezszczotkowe ale w małych dronach sportowych szczotkowe wcale nie są głupim wyborem. Dlaczego?

Zablokowanie silnika bezszczotkowego nie ma konsekwencji. On może się nie kręcić, dostawać napięcie i nic wielkiego się nie powinno stać. Zablokowanie silnika bezszczotkowego na dłużej niż kilka sekund (dron wpada w trawę 3 silniki się kręcą a w czwartym leży patyk) spowoduje przeciążenie i spalenie albo silnika (lepszy wariant) albo całego ESC - czyli regulatora obrotów silnika.

Bateria!

Można bezpiecznie założyć że Twój dron zasilany jest baterią LiPo - litowo polimerową. Każde ogniwo LiPo ma takie same napięcie nominalnie - 3.6V. Za rozładowane uznaje się takie, w którym każda cela osiągnęła napięcie na poziomie 3.3V. Naładowane do pełna to natomiast 4.2V. Bateria w dronie składa się z kilku ogniw, im więcej ogniw tym większy prąd odda w tym samym czasie i większego drona uniesie. Malutkie drony ważące kilkanaście gramów zasilane są pakietami 1S - z jednym ogniwem (jedną celą). Większe, jak Mavic Mini posiadają baterię 2S - dwa ogniwa, drony wielkości Mavica Air zasilane są już pakietami 3S, a jeszcze większe jak Fimi X8 SE, Mavic 2 Pro, czy Phantom 4 - 4S.

Napięcie mnożymy przez ilość celi i daje nam to nam napięcie pracy akumulatora. Drony posiadające baterie 1 i 2s dają się naładować z portu USB - choć nie wszystkie. Drony z większymi bateriami nie dają takiej możliwości, mimo że również mają port USB.

Co trzeba wiedzieć o baterii? Bateria nie lubi ani stanu pełnego naładowania ani stanu pełnego rozładowania. Lubi stan pośredni - 3.6V, i tak sobie może leżeć nawet długimi miesiącami. Bateria naładowana na max i pozostawiona sama sobie traci swoją pojemność, co wpływa bezpośrednio na czas lotu drona. Niektóre baterie mają elektronikę dbającą o nie - i one potrafią same się wyładować z naładowanej do pełna, do trybu Storage. Te baterie zazwyczaj mają na sobie przyciski i diody led.

Drugi, równie nie bezpieczny stan dla baterii to bateria rozładowana. Kiedy ogniwo pozostawi się rozładowane do 0, zaczyna się jego szybka degradacja. W ciągu kilku dni takie ogniwo potrafi spuchnąć. Jeśli napięcie będzie bardzo niskie, ładowarka nawet nie podejmie próby naładowania go. Można próbować je ratować ale bateria po głębokim rozładowaniu często nadaje się wyłącznie do utylizacji. Co gorsza, nie ma sposobu na automatyczną ochronę przed głębokim rozładowaniem. Elektronika baterii potrafi rozładować baterię - zmienić zakumulowany w niej prąd na ciepło. Nie ma jednak sposobu na pobranie prądu z powietrza i podniesienie napięcia w celu uratowania baterii.

Czego jeszcze nie lubą baterie? Skrajnych temperatur - i to wynika bezpośrednio z właściwości baterii. Najwięcej prądu przyjmie i odda pakiet w temperaturze pokojowej. W temperaturze poniżej 15*C wydajność pakietów drastycznie spada i

czas lotu - leśli tyko dron pozwoli na start - skróci się nawet 2-3 krotnie.

Drony DJI i im podobne zakomunikują, że bateria jest zbyt chłodna do wystartowania i należy ją rozgrzać. Najlepiej więc nie trzymać drona z bateriami przez noc w bagażniku auta, a idąc na zimowy spacer, dron niech będzie transportowany w swojej torbie a baterie w wewnętrznej kieszeni kurtki.

Bateria podczas lotu znacznie się nagrzewa. Warto wiedzieć że ona tego też nie lubi. Przed jej ponownym naładowaniem powinniśmy ją wystudzić. Dać jej ten przynajmniej kwadrans w temperaturze pokojowej. Ponownie, drony inteligentne wyświetlą stosowny komunikat a same inteligentne pakiety nie pozwolą się naładować jeśli będą zbyt ciepłe. Jeśli więc po skończonym locie Twoja ładowarka nie będzie chciała od razu naładować baterii - to z dużym prawdopodobieństwem nie będzie awaria a dbanie o pakiet.

Systemy pomiarowe drona

Mózgiem drona jest IMU - Internal Mesurement Unit. W IMU mamy akcelerometr, barometr i żyroskop.

Barometr - mierzy różnicę ciśnienia i na podstawie swoich odczytów ustala wysokość drona.

Żyroskop - mierzy przechylenie drona i na podstawie odczytu wysyła informację od kontrolera lotu co zrobić, żeby to wychylenie zniwelować.

Większość dronów posiada jeszcze kompas, a praktycznie każdy droższy (no powiedzmy od 1000 PLN w górę to już każdy, ale są i tańsze które go mają) posiada GPS

Kompas wskazuje północ - czyli pozwala dronowi określić swoje położenie w danym punkcie.

GPS - wskazuje dokładny punkt w przestrzeni.. dokładny tak jak GPS pozwala, a więc będzie to dokładność w granicach półtora do metrów.

Bez żyroskopu dron nie wiedziałby czy jest równo nad ziemią i każde pochylenie powodowałoby ucieczkę drona w bok. Bez kompasu - dron może i utrzymywałby pozycję na mapie, ale mógłby się kręcić wokół własnej osi. Nawet gdyby się kręcił, to by nie wiedział tego. Bez barometru dron nie utrzyma wysokości - Mógłby podnosić i obniżać się aż odleciałby tak daleko, że GPS zorientowałby się, że dron zmienił pozycję. A to mogłoby nastąpić dopiero po kilku metrach. Bez GPSa - dron nie utrzymałby pozycji w miejscu. Jeśli więc reszta Systemów działa a GPS nie - dron utrzymuje wysokość, kierunek ale leci tam, gdzie wiatr go zwieje. Taki stan nazywa się potocznie ATTI (attitude hold)- dron utrzymuje wysokość i kierunek ale wymaga pracy operatora aby utrzymać go w bezruchu.

Systemy te są często wspomagane przez czujniki wizyjne i ultradźwiękowe. W najdroższych dronach dochodzą jeszcze LASERY!!!

VPS

Pozycjonowanie wizyjne jest fajne i o nim dwa zdania. Dron może mieć na dole czujniki ultradźwiękowe, czujniki podczerwieni lub kamery! Kamery rejestrują i analizują obraz i na jego podstawie dron utrzyma swoją wysokość i pozycję w przestrzeni nawet jeśli nie ma GPS. Są to zwykłe kamery rejestrujące światło widzialne, więc do swojej pracy wymagają światła, Nie zadziałają one w nocy lub gdy podłoże, które mają widzieć i analizować będzie idealnie jednolite (jednokolorowy blat stołu czy pokrywa śniegu na łące). Nie będą działać również gdy dron odleci na kilkadziesiąt metrów w górę.

Czujniki ultradźwiękowe mają za zadanie zmierzyć odległość. Jeśli dron jest w nie wyposażony, duża szansa, że będzie umiał sam wylądować - to znaczy że sam wyczuje że zbliża się do ziemi i zwolni tempo opadania aż osiądzie. Drony bez tych czujników potrafią z pełnym impetem uderzyć o ziemię.

[embed]https://youtu.be/41mLBsWVF3U[/embed]

Kalibracja Drona

Dron posiada dwa systemy które wymagają kalibracji - IMU oraz kompas. W dronach droższych nie ma potrzeby kalibracji ich przed każdym startem, co więcej, kalibracja zbyt częsta, niechlujna, jest gorsza niż jej brak. Tanie drony chińskie będą wymagały kalibracji przed każdym startem i bez niej nie pozwolą wystartować. Jak ją zrobić, znajdziesz w instrukcji obsługi swojego modelu.

Kalibracja IMU.

MU ma za zadanie określić pozycję drona w przestrzeni, w 3 wymiarach i jest to precyzyjny układ pomiarowy. Tę kalibrację wykonuje się z zasady w 2 przypadkach: jeśli dron o nią poprosi lub po wypadku. Kalibracja IMU w każdym dronie wygląda podobnie. W programie do obsługi swojego modelu na pewno będzie instrukcja obrazkowa, krok po kroku, jak tę kalibrację wykonać. W dużym uproszczeniu polega ona na postawieniu drona na każdym możliwym boku w bezruchu, na kilka sekund.

Kalibracja kompasu.

Tę kalibrację wykonujemy częściej - zawsze gdy zmienimy miejsce startu (względem ostatniej kalibracji) o 50 km lub więcej oraz tak jak wcześniej, gdy dron o to poprosi.

Warto mieć na uwadze, że dron może błędnie wymagać kalibracji kompasu. Poprosi o nią wtedy, gdy położysz go w miejscu, gdzie występują duże zakłócenia w polu magnetycznym, czyli w zasadzie w pobliżu każdego dużego, metalowego przedmiotu. Może to być samochód, może to być metalowy kosz na śmieci a może to być rura zakopana 50 cm pod ziemią. Zakłóceniem dla kompasu będzie też smartwatch czy telefon położony zbyt blisko drona!

Dobrą praktyką będzie najpierw przestawienie drona w inne miejsce gdy ten poprosi o kalibrację, a dopiero gdy to nie pomoże, skalibrowanie kompasu. Wykonanie kalibracji w miejscu w którym występują zakłócenia, to proszenie się o ucieczkę drona. Anomalie będzie on traktował jako stan właściwy, a gdy wyleci z miejsca o silnych zakłóceniach, przestrzeń bez nich potraktuje jako błąd i awarię odczytu kompasu.

Kalibrację wykonujemy poprzez obracanie się wokół własnej osi z dronem w ręku, z przodem drona skierowanym w sposób przedstawiony na ekranie aplikacji. Raz będzie to góra/dół, raz będzie to bok. Jeśli kalibracja nie powiedzie się za pierwszym razem, zdejmij zegarek, wyjmij telefon z kieszeni lub zmień miejsce w którym jej dokonujesz, o kilka metrów.

RTH

Drony wyposażone w GPS posiadają funkcję automatycznego powroty do domu. Return To Homę. Domem może być miejsce startu lub miejsce, w którym znajduje się obecnie osoba z kontrolerem. W wielu przypadkach jest to to samo miejsce, jeśli jednak sterujesz dronem i jednocześnie płyniesz łodzią, powrót w miejsce startu może być ostatnią wyprawą dla drona - wyląduje tam, gdzie byłeś łódką 15 minut temu.

Bardzo istotne w RTH jest ustawienie wysokości powrotu drona. Nie może to być ani wysokość zbyt duża ani z byt mała. Powinna być ona ustawiana indywidualnie przed każdym startem! Ustawienie za niskiego pułapu powrotu, spowoduje że dron może zahaczyć o jakąś przeszkodę - budynek czy drzewo. Ustawienie pułapu na absurdalne 200 czy 300m, może spowodować że wiatr na tej wysokości będzie silniejszy od drona, i ten mimo że będzie bardzo chciał wrócić do Ciebie, poleci z wiatrem tam, gdzie akurat ten zawieje.

Komunikaty w aplikacji

Współczesne drony są dość proste w komunikacji. O wszystkich swoich bolączkach będą informować w aplikacji, jeśli Ty nie zadbasz o nie, nie pozwolą wystartować. Jeśli stracisz z nim połączenie, będą starały się wrócić.

Komunikaty wyświetlone na zielono z reguły oznaczają informację. Będzie to na przykład gotowość do startu czy ustalona wysokość automatycznego powrotu (RTH)

Komunikaty wyświetlone na żółto oznaczają ważną informację. Będzie to na przykład fakt zbliżania się do strefy, w której nie wolno latać.

Informacje w kolorze czerwonym są informacjami krytycznymi. Utracono połączenie z dronem czy krytyczny stan baterii. Ignorowanie ich jest niebezpieczne i prędzej czy później skończy się rozbiciem drona. W wielu przypadkach - prędzej.

Latanie w warunkach inne niż idealne.

W żołnierskich słowach - nie polecam. Tak jak same silniki drona są praktycznie wodoodporne, tak kontroler lotu czy ESC już nie. Jedna zabłąkana kropla deszczu, jeden zagubiony płatek śniegu potrafi uziemić drona. Są oczywiście drony zabezpieczone przed wilgocią (jak Phantom 4 - ma lakierowaną elektronikę) ale dla większości dronów, latanie w deszczu, śniegu czy gęstej mgle, często kończy się fatalnie.

Trzeba wiedzieć, że mgła potrafi ogłupić czujniki dolne drona. Czujniki potrafią pomylić mgłę z podłożem co wpłynie to na prędkość obniżania się drona (np DJI Spark). W takiej sytuacji, dron będzie obniżał się bardzo długo i może braknąć mu baterii na wylądowanie. Jak się to skończy? Lądowaniem z przyśpieszeniem 9,81 m/s2.

Latanie w temperaturze około zera stopni grozi oblodzeniem śmigieł. Lód na śmigłach zmienia ich kształt i ciąg jaki wytwarzają. Oblodzone śmigła mogą nie być w stanie poradzić drona, który po prostu runie na ziemię.

I to wszystko co przychodzi mi obecnie na myśl. Informacji jest dużo ale nie ma się co zrażać. Fajne hobby te drony! ;-)

Gumowych drzew!