Copter

Copter Status: stable
Beschreibung	Einen Quadrocopter nach dem Minimalprinzip bauen.
Autor:	krisha ptflea deadhead
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Wir bauen einen günstigen Quadrokopter im backspace.

Status:

Version 1, HK Board aufgebaut, geflogen, ausgedient

1 Exemplar

Version 2, multiWii aufgebaut, fliegt stabil

1 Exemplar

Version 1

Info/Links/Hinweise

Nach ca. 2 Monaten Wartezeit sind nun alle Teile angekommen und der erste Copter aufgebaut. Es fliegt :-) Die ersten Flugversuche gestalteten sich schwierig, da die Funktion der verwendeten Firmware völlig unbekannt war und der Space nunmal räumlich begrenzt ist.

Das Board von HobbyKing unterstützt aufgrund des fehlenden Beschleunigungssensors nur Heading Hold, d.h. es behält die Position bei, die zuletzt eingestellt wurde. Die Steuerung ist dadurch erheblich schwerer als bei Controller-Boards in höheren Preisklassen.

Das Board besitzt zudem nur einen 6-Pin Flashanschluss, so dass wir einen Adapter zum USBProg basteln mussten. Die Firmware lässt sich bequem per avrdude oder mit dem kkmulticopter Flash Tool in den Atmega schreiben. Im Moment verwenden wir die KaptainKuk v4.7 Firmware.

Hinweis 1: Der Start sollte, wie bei wohl allen Quadcoptern recht schnell erfolgen. Bis ca. 20-30cm treten Verwirbelungen auf, die den Copter nahezu unkontrollierbar machen.

Hinweis 2: Der Low Voltage Alarm ist sehr laut... Und er zieht jede Menge Strom, so dass die Spannung einbricht und die Motoren fast abschalten (Copter fällt...). Ziel verfehlt :-) Ohne Low Voltage Alarm merkt man deutlich, dass die Motoren nicht mehr ganz so leistungsfähig sind und der Copter sich schwer tut aufzusteigen. Diese Detektierungsmethode ist wesentlich sicherer/sanfter.

Für den Aufbau und die Einstellung des HobbyKing Control Boards empfiehlt sich die Anleitung von lazyzero.de. Bei HobbyKing entfällt allerdings das Löten - alle Teile sind bereits montiert.

Eine Anleitung zum Auswuchten der Propeller mit einer magnetischen Aufhängung findet sich bei mikrokopter.de. Wir haben einen alten Bohrer genommen und spitz angeschliffen. Man sollte auf jeden Fall überprüfen, ob der Bohrer sich frei dreht oder er in manchen Positionen schwergängiger ist. In diesem Fall kann man versuchen einen der Magneten zu drehen.

Die ersten Flugversuche sollten auf einer halbwegs gemähten Wiese stattfinden. Das schont die Propeller enorm und hat unseren Copter so manchen Absturz überleben lassen.

Hinweis 3: Die gekauften Motoren verlassen des öfteren ihre Aufnahme. Es empfiehlt sich den Schaft der Motoren in Höhe der M3-Gewinde minimal anzubohren und eigene angespitzte M3 Schrauben zu verwenden. Außerdem sollte man die Schrauben dann mit Schraubensicherung versehen. Aufpassen, dass man durch die neuen Schrauben nicht zu fest anzieht. Das vorhandene Gewinde hält nicht sehr viel aus :-)

Etherpad brainstorming: https://pad.hackerspace-bamberg.de/p/copter (internal)

Teile

• HobbyKing Multi-Rotor Control Board V3.0
• 4x Turnigy 2211 Brushless Indoor Motor 2300kv (DE Warehouse)
• 6x3 Propellers (Standard and Counter Rotating) (6pc)
• 2x ZIPPY Flightmax 1800mAh 2S1P 40C (DE Warehouse)
• Low Voltage Alarm
• 4x TURNIGY Plush 6A/8A /.8bec/6g Speed Controller (DE Warehouse)
• Spektrum DX5e Sender / Empfänger AR600 DSM X (Mode 2)

Rahmen & Basteleien

• Aluvierkant 10mm / Alucenterplatten 1mm Stärke
• Landegestell (todo)
• modifizierte Motorhalterung: Schaft angebohrt und Madenschrauben durch angespitzte M3 Schrauben ersetzt; verhindert, dass der motor sich während des Flugs aus dem Schaft löst.
• Propeller mit Heißkleber aufgefüllt um Flattern der Propeller zu verhindern

Sonstiges

• Preisziel: ~200€
• derzeitige Ausgaben: ca. 240€ (inkl. Sender/Empfänger)

Version 2

Status: Er fliegt stabil und weitere Sensoren sind bestellt.

Verbesserungen für v2

• andere Propeller, da 6" nur sehr schwer zu bekommen sind
• ... wegen anderer Propeller auch andere Motoren
• besseres Controllerboard (kollidiert mit Preisziel :-/) -> nanoWii + Addons
• eventuell stärkere Brushlesscontroller (not yet, geht grad noch so)

Teile

• nanoWii
• 4x Suppo 1100KV Motoren
• 4x unsere alten Turnigy 6A ESC's
• 3S Akku (20C) > 2500mAh
• 4x 8" 4.5 Propeller
• Aluvierkantausleger mit Alucenterplatte
• kreisförmige Kunststoff-Landebeine an jedem Ausleger
• 4x steckbare Kunststoffverlängerung an den Auslegern als Schutz (länger als Propeller)
• LED-Stripes
• Low Voltage Alarm aus Version 1, funktioniert nun dank 3S Akku akzeptabel. Misst nur aktuelle Spannung, dadurch schwankt die Anzeige manchmal bei Belasung.

(todo links)

Info

Nachdem alle unsere Reservepropeller aufgebraucht waren und wir feststellten, dass 6" Propeller schwer zu bekommen sind, sowie das Setting ohne 6" Propeller nicht richtig fliegt, haben wir uns für einen neuen Copter entschieden. Hierbei sollten die oben genannten Verbesserungsvorschläge einfließen...

Für die 2. Version unserer Copters haben wir uns für das nanoWii Board entschieden, auf der die MultiWii Firmware läuft. Das Board ist mit einem Atmega 32U4 und einem MPU 6050 Gyro- & Beschleuningssensor ausgestattet. Das Board ist mit knapp 40,- Euro etwas teurer als die HobbyKing Variante. Entscheidende Vorteile sind die aktive Open-Source Entwicklung, eine große Community und vor allem die Möglichkeit, das Board um weitere Sensoren per I²C mit weiteren Daten zu versorgen.

(todo)

Zusammenbau

Hardware

Als erstes haben wir einen neuen Rahmen gebaut, diesmal mit 37cm Motorenabstand - etwas größer als Version 1, hauptsächlich bedingt durch die größeren Propeller. Er sollte dadurch auch etwas einfacher zu fliegen sein. Die beiden Aluvierkantstangen wurden etwas länger gewählt, um außen das Landegestell und die Protektoren anzubringen. Anschließend wurden die Stangen durch eine Kreuzverbindung verbunden und oben sowie unten durch eine Aluplatte und M3-Schrauben fixiert. Danach wurden die Motoren befestigt. Das NanoWii Board wurde mit Schaumgummi und doppelseitigem Klebeband auf die Oberseite der Aluplatte geklebt. Die Brushlesscontroller wurden mit Kabelbindern befestigt und die LED Streifen aufgeklebt. Das Landegestell besteht aus zurechtgeschnittenen Plastikplatten aus einem alten Server. Diese wurden hierfür kreisförmig gebogen und an die Ausleger geschraubt. Die Auslegerverlängerungen (=Protektoren) wurden aus (todo) hergestellt und werden in den Vierkantrohren mit dem Landegestell verschraubt. Die Länge der Protektoren ist ca. 1-2 cm länger als die Hälfte der Propellerlänge. Abschließend wurden die Verkabelungen vorgenommen.

Konfiguration

In der NanoWii ist ein Bootloader installiert. Nach nanoWii Anleitung wurde eine passende Firmware geflasht.

Die Spektrum DX5e sendet leider nur im Bereich von 1100 bis 1900, während die MultiWii Software von einem Bereich zwischen 1000 bis 2000 ausgeht. Die Motoren ließen sich nicht starten. Abhilfe schaft das Ändern der beiden DEFINEs MINCHECK und MACHECK auf 1200 und 1800.

Danach wurden die Drehrichtungen der Motoren eingestellt (tauschen der Kabel).

MultiWii hat mehrere Betriebsmodi, für uns sind bisher die Modi Acro und Stable interessant. Acro ist nur Heading-Hold, so wie bei der HobbyKing Version. Im Stable Mode wird zusätzlich der Beschleunigungssensor verwendet. Um diesen zu aktivieren verwenden wir den 5. Kanal unserer Fernbedienung (AUX) und stellen das im Processing der MultiWii ein.

Für die Kalibrierung des Beschleunigungssensor haben einen Tisch mit der Wasserwaage ausgerichtet und darauf 4 Gläser/Flaschen direkt unter jeden Motor gelegt.

Entgegen einiger Anleitungen, kann man den Beschleuningssensor auch ohne vorherige Trimmung kalibrieren, da wir sowieso nur Gier korrigieren und das auf unseren Sensor keine Auswirkungen hat. Auch muss beim nanoWii nicht vor jedem Start der ACC kalibiert werden, da die Temperaturabweichung < 0,5% / °C ist. Eine erneute Kalibrierung im Feld ist damit vermutlich wesentlich ungenauer als eine einmalige nahezu perfekte Kalibierung. (Der Gyro muss aber bei jedem Start kalibiert werden, macht die Software automatisch auch beim Einschalten - darf hierbei aber nicht bewegt werden).

Wir starten den Kopter meist im Stable Modus vom Boden aus - ist nicht schwerer als im Acro Mode. Das Starten des neuen Kopters ist sowieso wesentlich leichter als die 1. Version. Er scheint die Turbulenzen wesentlich besser auszugleichen.

Außerdem haben wir unsere Throttle-Rate angepasst. So ist das Schweben in gleicher Höhe einfacher und haben davor die Kurve im Schwebebereich etwas angeflacht. Nun bedeutet 1 Tick auf der Funke nicht mehr, dass er gleich extrem steigt oder fällt.