Конструируем роботов. Дроны. Руководство для начинающих

A BEGINNER,S GUIDE TO DRONES, UAVS AND ROVS

800 East 96th Street,
Indianapolis, Indiana 46240 USA

BUILDING YOUR
OWN DRONES

КОНСТРУИРУЕМ
РОБОТОВ

Руководство 
для начинающих
Дроны

2-е издание, электронное

Лаборатория знаний
Москва
2022

Перевод с английского
Ф. Г. Хохлова

Дж. Бейктал

УДК 621.86/.87
ББК 32.816
Б41

С е р и я о с н о в а н а в 2016 г.
Бейктал Дж.

Б41
Конструируем роботов. Дроны. Руководство для начинающих
/
Дж. Бейктал
;
пер.
с
англ.
Ф. Г. Хохлова. —
2-е изд., электрон. — М. : Лаборатория знаний, 2022. — 226 с. —
(РОБОФИШКИ). — Систем. требования: Adobe Reader XI ;
экран 10". — Загл. с титул. экрана. — Текст : электронный.
ISBN 978-5-00101-973-2
Это практическое руководство для тех, кто делает первые шаги
в моделестроении дронов, а Джон Бейктал — наиболее известный
автор книг для начинающих моделистов. С его помощью, пользуясь
пошаговыми инструкциями и многочисленными цветными иллюстрациями, вы построите с нуля роботов на базе квадрокоптера, ракеты, аэростата, корабля и вездехода с навигацией по RFID-меткам.
Автор поможет вам укомплектовать набор инструментов и изучить
основы электроники и программирования. Кроме того, в книге
представлены лучшие образцы дронов-самоделок, наборы готовых
деталей для самостоятельной сборки дронов и новейшие модели
коммерческих дронов.
Для технического творчества в школе, дома и
на занятиях
в робототехнических кружках, а также для всех, кто увлекается
робототехникой.
УДК 621.86/.87
ББК 32.816

Деривативное издание на основе печатного аналога: Конструируем роботов. Дроны. Руководство для начинающих / Дж. Бейктал ;
пер. с
англ. Ф. Г. Хохлова. — М. : Лаборатория
знаний, 2018. —
223 с. : ил. — (РОБОФИШКИ). — ISBN 978-5-00101-027-2.

В
соответствии
со
ст. 1299
и
1301
ГК
РФ
при
устранении
ограничений,
установленных техническими средствами защиты авторских прав, правообладатель
вправе требовать от нарушителя возмещения убытков или выплаты компенсации

Авторизованный перевод англоязычного издания, под заглавием Building Your Own
Drones: a Beginners’ Guide to Drones, UAVs and ROVs ISBN: 078975598Х; автор JOHN
BAICHTAL; опубликованного Pearson Education, Inc, осуществляющим издательскую
деятельность под торговой маркой QUE Publishing.
Все права защищены. Воспроизведение или распространение какой-либо части/частей данной книги в какой-либо форме, какими-либо способами, электронными
или
механическими,
включая
фотокопирование,
запись
и
любые
поисковые
системы хранения информации, без разрешения Pearson Education, Inc запрещены.
Русскоязычная версия издана ООО «Лаборатория знаний».

Authorized
translation
from
the
English
language
edition,
entitled
Building
Your
Own Drones: a Beginners’ Guide to Drones, UAVs and ROVs ISBN: 078975598Х;
by BAICHTAL, JOHN; published by Pearson Education, Inc, publishing as QUE
Publishing.
All rights reserved. No part of this book may be reproduced or transmitted in any
form or by any means, electronic or mechanical, including photocopying, recording or
by any information retrieval system, without permission from Pearson Education, Inc.
Russian language edition published by BKL Publishers

ISBN 978-5-00101-973-2

© 2
Copyright
016 by John Baichtal.

© Перевод на русский язык, оформление,
Лаборатория знаний, 2018

Оглавление

Посвящение. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
8

Благодарности . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
8

Здравствуйте!. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
9

Введение. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
10

Для кого эта книга. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
10

Как организован материал. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
10

Глава 1. История дронов  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
13

Что такое дрон. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
14

Три стихии деятельности дронов  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
15

Анатомия дрона  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
17

Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
18

Глава 2. Примеры самодельных дронов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
19

Квадрокоптер из обода велосипедного колеса . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
19

Миниатюрный квадрокоптер, изготовленный на 3D-принтере  . . . . . . . 
20

Канатоходец  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
21

Плавучие роботы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
21

Радиоуправляемый аэростат  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
22

Квадрокоптер, оснащенный курсовой камерой . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
23

Управляемый трехколесный велосипед  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
24

Складной квадрокоптер  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
25

Миниатюрный квадрокоптер. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
26

Лодка с дистанционным управлением, изготовленная 
на 3D-принтере. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
27

Трикоптер . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
28

Вездеход, оснащенный колесами Mecanum (шведскими колесами)  . . 
29

Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
30

Оглавление

6

Глава 3. Обзор продаваемых моделей и комплектов для сборки . . . . 
31

Квадрокоптер Parallax ELEV-8. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
31

Квадрокоптер DJI Phantom 2 Vision+  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
34

Подводный дрон OpenROV  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
36

Вездеход Nomad из модельного ряда Actobotics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
37

Модель самолета Flack от фирмы Brooklyn Aerodrome  . . . . . . . . . . . . . . . . 
40

Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
42

Глава 4. Строим квадрокоптер, часть I: выбор рамы. . . . . . . . . . . . . . . . . . 
43

Какую раму выбрать  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
44

 Проект: рама из набора MakerBeam . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
49

Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
54

Глава 5. Строим ракету. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
55

Любительское ракетомоделирование. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
56

Экспресс-руководство по Arduino  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
59

 Проект: ракета, осуществляющая сбор данных. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
63

Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
70

Глава 6. Строим квадрокоптер, часть II: двигатели и пропеллеры  . . 
71

Выбор двигателей  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
72

Выбор пропеллеров  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
75

 Проект: установка двигателей и пропеллеров . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
77

Этапы установки двигателей и пропеллеров. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
78

Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
80

Глава 7. Строим управляемый аэростат  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
81

Радиоуправление. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
82

 Проект: управляемый аэростат  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
84

Автономное управление при помощи Arduino. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
94

Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
98

Глава 8. Строим квадрокоптер, часть III: управление полетом . . . . . . 
99

Подробнее об электронных регуляторах скорости  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
99

Приемник радиосигнала . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
Полетный контроллер  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
Установка управляющей электроники. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114

Глава 9. Рабочее место моделиста  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
Инструмент для проектирования . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
Крепежный инструмент  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
Измерительный инструмент  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118
Режущий инструмент . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
Инструмент для работы с проводами. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
Крепеж  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121

Оглавление

7

Станки с числовым программным управлением. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126

Глава 10. Строим квадрокоптер, часть IV: системы 
электропитания  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
Выбор аккумулятора. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
Установка штепсельных соединителей  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
Изготовление жгутов из проводов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
Подключение полетного контроллера и приемника радиосигнала  . . . 140
Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142

Глава 11. Строим плавучий дрон  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
Реалии использования роботов на воде  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144
Герметизация бортовой электроники . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146
Организация ячеистой сети (Mesh-сети) XBee . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149

 Проект: лодка из пластиковых бутылок  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150

Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164

Глава 12. Строим квадрокоптер, часть V: дополнительное 
оборудование  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165
Дополнительное оборудование  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166

 Проект: установка дополнительного оборудования  . . . . . . . . . . . . . . . . 172

Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178

Глава 13. Строим управляемый вездеход  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179
Преимущества и недостатки вездеходов  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180
Характеристики шасси. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181
Навигация по RFID-меткам. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186

  Проект: вездеход, осуществляющий навигацию 
по RFID-меткам  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
188

Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206

Глава 14. Строим квадрокоптер, часть VI: программное 
обеспечение  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207
Программное обеспечение полетного контроллера  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208
Конфигурирование полетного контроллера MultiWii  . . . . . . . . . . . . . . . . . 213
Проверка управляющего скетча MultiWii. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214
Предполетный контрольный список  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216
Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217

Глоссарий . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218

Посвящение

Моей бабушке Мэрион, которой остается два месяца до 98 лет. Несколько недель назад она лежала в больнице из-за проблем с сердцем, врачи 
посоветовали ей поменьше волноваться и отправили в хоспис. Бабушка 
не хотела расставаться с нами, но она почувствовала себя лучше, особенно благодаря уходу моей мамы и тети. Ее любовь к жизни и ее увлечение 
написанием книг воодушевляли меня.

Благодарности

Когда я думаю о своей семье, я разрываюсь между двумя неоспоримыми 
фактами:
1. Арден, Розмари и Джек — лучшие дети на свете!
2. Ничто не имеет значения по сравнению с моей женой Элис. Я люблю тебя!
Что касается работы над книгой, я благодарен Уинделу Х. Оскею, 
Джонджинеру, Мэтью Бекеру, Райли Харрисону, Дэвиду Лэнгу, Трэмелу 
Хадсону, Анне Марии Томас, Питу Продоеллу, Брюсу Шапиро, Алексу 
Олмонту, Джону Эдгару Парку, компании Dexter Industries, Мигелю Валенсуэлле, Питу МакКенну, Стиву Норрису, Стивену Андерсону, компании MakerBeam, Джуду Дорнишу, компании SparkFun Engineering, 
Бруклинскому аэродрому, Адаму Вулфу, Майклу Фрайерту, Софи Кравитц, Кристине Жанг, Леноре Эдман, Рику Кагену, Сину Майклу Рэгену, 
Джону Уилсону, Сьюзен Соларз, Акибе, Марку Фрауэнфелдеру, Крису Бергеру, Майклу Крампусу, Алексу Диба, Брайану Джепсону, Бекке 
Стефен, Дэйву Брайану, компании Actobotics, Майку Хорду, компании 
Makeblock, Пату Арнесону и Эрин Кеннеди за содействие и поддержку. 
Прошу прощения, если я кого-то забыл!
Барбара, моя мама, составила глоссарий, и я очень признателен ей 
за это, и не только.

Здравствуйте!

Издание, которое вы сейчас держите в руках, не просто книга. Это вход 
в огромный увлекательный мир беспилотных устройств — радиоуправляемых, автономных, с дистанционным управлением, способных передвигаться во всех средах: в воздухе, по воде и под водой, по земле и даже 
под землей.
Сегодня дроны — а именно так называют эти устройства — пожалуй, 
одно из самых актуальных направлений развития мировой конструкторской и инженерной мысли. Неспроста еще совсем недавно малознакомая 
профессия — оператор дрона — сейчас входит в пятерку самых востребованных на рынке труда всех технологически развитых стран. И это только начало…
Итак, если вы — внимательный, терпеливый и аккуратный исследователь, настойчивый и смелый экспериментатор, любитель создавать 
своими руками невероятные по красоте и пользе конструкции, эта книга 
для вас.
Вообще-то «дрон» в переводе с английского означает «трутень». Возможно, появление этого термина применительно к беспилотникам имеет своей причиной непрерывное монотонное жужжание их двигателей. 
В русском же языке это слово также имеет два значения: прямое биологическое и личностное (если это человек). В первом случае это член 
пчелиного сообщества, во втором — лентяй и бездельник. И если наша 
книга вас заинтересовала и вы готовы последовательно, шаг за шагом, осваивать удивительный и во многом неожиданный мир устройств, работающих без непосредственного участия человека, то второе определение 
точно не про вас.
Более того, любознательность и упорство, правильная организация 
своего времени и умение работать над ошибками, творческая мысль 
и твердая уверенность в успехе — эти и другие чрезвычайно нужные 
в повседневной жизни качества характера, вырабатываемые в процессе 
выполнения проектов, представленных в книге Дж. Бейктала «Дрон своими руками», останутся с вами навсегда, помогут самостоятельно создавать свое будущее и стать реально успешным человеком.

Удачи вам на этом пути!

Команда Программы «Робототехника:
инженерно-технические кадры инновационной России»
Фонда Олега Дерипаска «Вольное Дело»

Введение

Слово «дрон» постоянно на слуху. Еще бы, ведь дроны играют все большую роль в нашей жизни. Можно просто наблюдать за тенями миниатюрных вертолетов, а можно взять и побольше узнать об этих интереснейших устройствах. Я предлагаю вам именно второе: в книге вы найдете 
множество первоклассных технических решений, в которых интересно 
разобраться.

Для кого эта книга

Книга адресована начинающим моделистам, которые увлекаются постройкой дронов. В ней рассматривается множество направлений в этой 
области, причем можно почерпнуть сведения не только об электронике, 
но и о двигателях, инструментарии и технологии изготовления рамы.

Как организован материал

Через всю книгу красной нитью проходит основная тема — постройка 
квадрокоптера. Главы, посвященные этой теме, чередуются с главами, 
где описана постройка управляемой ракеты, которая занимается сбором 
информации, аэростата и лодки, сделанной из пластиковых бутылок. 
Это дает возможность узнать и о других направлениях моделирования, 
не ограничиваясь одними лишь квадрокоптерами.

• Глава 1 «История дронов» рассказывает об истории создания дронов, их применении и технических возможностях. Здесь же читатель познакомится с основной терминологией.