Quadrocoptery
Choć liczba śmigieł w wielu przypadkach nie ma decydującego znaczenia przy wyborze konkretnego drona, to jednak zdarza się, że dość wyraźnie wpływa na jakość pracy z danym urządzeniem. Producenci mają do wyboru zasadniczo trzy rozwiązania konstrukcyjne – mogą zaprojektować urządzenie z czterema, sześcioma lub ośmioma śmigłami. I to właśnie quadrocoptery wybierane są bodaj najczęściej, a więc stanowią najliczniejszą grupę spośród wszystkich modeli oferowanych na rynku. W naszym artykule przyglądamy się cechom wspólnym dla dronów z tej grupy oraz zwracamy uwagę na różnice pomiędzy nimi.
Najważniejsze warunki prawidłowych lotów
Ogólna budowa każdego drona z czterema śmigłami musi być zbliżona – decydują o tym prawa fizyki, a dokładniej aerodynamiki. Zgodnie z nimi, aby poderwać korpus maszyny znad ziemi, trzeba wprowadzić w odpowiednio szybki, jednakowy ruch wirowy wszystkie cztery śmigła. Co więcej, muszą być one rozmieszczone na symetrycznie ułożonych ramionach drona. Bez spełnienia tego warunku urządzenie albo rozbiłoby się tuż po starcie, albo zupełnie uniemożliwiałoby sterowanie. W quadrocopterze, podobnie jak w każdym innym dronie, bardzo ważne jest również odpowiednie wyważenie „maszyny” – ciężar, powinien w przybliżeniu jednakowo rozkładać się na wszystkie cztery śmigła, a kompensacją odchyłek rozkładu masy zajmuje się kontroler lotu, wyposażony najczęściej w 9-osiowe czujniki inercyjne (IMU). Doświadczeni użytkownicy sterujący cięższymi bezzałogowcami (od 0,6 kg w górę, często powyżej 1 kg) odczuwają tę zależność szczególnie wyraźnie. Dodajmy, że odpowiednie rozłożenie ciężkości, a co za tym idzie, również i sił oddziałujących na poszczególne strefy quadrocoptera, ma znaczenie także dla bezpieczeństwa lądowania – dobrze wyważony dron można „posadzić” na gruncie w sposób całkowicie bezpieczny. W obecnych czasach rzadko zdarza się, aby bezzałogowce (nawet z półki edukacyjnej czy rekreacyjnej) zdradzały problemy z wyważeniem i rozkładem sił podczas lotu.
Quadrocopter quadrocopterowi nierówny
Jak wspomnieliśmy wcześniej, formę quadrocoptera przyjmują obecnie drony o bardzo różnym stopniu zaawansowania. Część spośród nich to po prostu mniej lub bardziej złożone zabawki dla dzieci, drony edukacyjne czy też proste urządzenia do lotów rekreacyjnych. Wiele bezzałogowców wyposażonych zostaje fabrycznie w specjalne osłony śmigieł – w prostszych modelach, dla użytkowników niedoświadczonych w sterowaniu urządzeniem, mają one znaczenie przede wszystkim ze względu na brak zabezpieczeń przed zderzeniem z przeszkodą. Bardziej zaawansowane modele quadrocopterów natomiast wyposażone zostają najczęściej w odpowiednie czujniki oraz algorytmy chroniące przed uszkodzeniem drona – w tym przypadku bowiem uderzenie w inny obiekt mogłoby narazić operatora na sporą stratę finansową. Warto tu dodać, że quadrocopterami bywają nawet bezzałogowce profesjonalne, w tym drony z technologią RTK, przeznaczoną do tworzenia map terenu z dokładnością do kilku centymetrów! To pokazuje najlepiej, że jakość sterowania dronem zależy w mniejszym stopniu od liczby śmigieł, a w większym – od zastosowanych w nim komponentów, które ułatwiają dokładne odwzorowanie zaplanowanej trasy.
Jak steruje się śmigłami w dronie?
Charakterystyczną cechą dronów – w przeciwieństwie np. do wielu modeli latających samolotów – jest fakt, że śmigła mają formę dwóch łopatek ułożonych we wspólnej osi poziomej (a nie – jak w samolotach – czterech łopatek ułożonych na krzyż). Taka forma quadrocopterów, a także hexa- i octacopterów ma swoje uzasadnienie, ponieważ ułatwia kontrolę nad obiegiem powietrza pomiędzy śmigłami. Warto zwrócić uwagę, że quadrocoptery mogą poruszać się w sześciu kierunkach, tj. do przodu, do tyłu, na prawo, na lewo, a także w dół i w górę. Dla tradycyjnych samolotów oraz klasycznych modeli latających taki zakres lotu byłby całkowicie nieosiągalny. Co więcej, ustalone kierunki mogą ulec zmianie, np. podczas sterowania w trybie headless, spotykanym zwłaszcza w dronach dla użytkowników początkujących. Pozwala on na poruszanie się w kierunkach zgodnych z orientacją operatora, a nie faktycznie określonych przez urządzenie. Zatem, jeśli każemy quadrocopterowi ustawionemu do nas bokiem lot do przodu, to w trybie headless będzie się on poruszał w kierunku, który my postrzegamy jako przód. Fakt, że drony mogą zmieniać kierunek lotu, warunkuje konieczność napędzania każdego ze śmigieł osobno sterowanym silnikiem (których praca zostaje odpowiednio skoordynowana przez zaprogramowany kontroler lotu obecny w bezzałogowcu).
Podsumowanie
Quadrocopter stanowi najpopularniejszą konfigurację konstrukcji mechanicznej dronów na świecie. Maszyny takie spotkamy zarówno w segmencie urządzeń edukacyjnych i zabawkowych, skierowanych do młodszych użytkowników, jak i bezzałogowcach klasy rekreacyjnej, półprofesjonalnej, a nawet profesjonalnej. Cztery śmigła w zupełności wystarczą do zapewnienia dronom stabilności lotu, a nawet pozwalają na wykonywanie w powietrzu różnorodnych ewolucji (co doceniają zwłaszcza dzieci i młodzież, używające prostszych technicznie modeli quadrocopterów). Jedynym większym ograniczeniem w przypadku tych bezzałogowców jest tak naprawdę dopuszczalna masa urządzenia wraz z osprzętem dodatkowym (np. zewnętrzną kamerą).