Kamera-Hex Teil 2: Bau

Projekt Kamera-Hex, Teil 2: Der Bau

Mein Ziel ist es, einen kameratragenden Hexacopter zu bauen, der mit einem Stabilisierung-Gimbal und einem möglichst intelligenten Autopiloten ausgestattet ist. Als Rahmen dafür nehme ich den Talon Hex, weil er schon ewig bei mir rumliegt. Darauf aufbauend habe ich versucht, möglichst gut passende und effiziente Komponenten zusammenzukaufen. Für den Autopiloten fiel die Wahl auf den Pixhawk, weil er wahnsinnig viele Funktionen unterstützt, und weil Hardware sowie Software Open Source sind.

Um die Übersicht zu behalten, gliedere ich dieses Projekt in mehrere Teile:

  • Teil 1 war die Idee und das Vorhaben, sie umzusetzen. Außerdem habe ich in Teil 1 den Antrieb mittels  Ecalc geplant, um die Komponenten bestellen zu können.
  • Dieser Teil 2 beschreibt nun den Bau des eigentlichen Hexacopters, ohne aber ein Gimbal und eine Kamera zu montieren.
  • Teil 3 wird sich mit dem Pixhawk beschäftigen. Was wird wo angeschlossen? Wie wird er programmiert? Welche (Bodenstations-)Software gibt es? 433MHz-MAVLink-Funk, Flight Modes, die Fernsteuerung etc. werden eingestellt.
  • In Teil 4 soll bewiesen werden, dass der Hex tatsächlich fliegt. Der Autopilot soll besser kennengelernt werden. Es soll getestet werden, wieviel Nutzlast getragen werden kann und ob die Berechnungen con Ecalc stimmten.
  • In den folgenden Teilen soll dann beschrieben werden, wie und welches Gibal montiert wird, wie die Kamera befestigt wird etc.

Einkaufszettel

  • Rahmen:
    Talon 625
    ca. €65,–
  • Propeller:
    Hobbyking Karbon 12×5.5
    ca. €9,– für 2 Stück
  • Motoren:
    Quanum 3110 470kv
    ca. €18,– pro Stück
  • ESCs:
    Multistar 20A opto
    ca. €6,50 pro Stück
  • FC:
    Hobbyking Pixhawk
    ca. €110,–
    oder  Banggood Pixhawk
    ca. €53,–
  • Flugakku:
    Turnigy Heavy Duty 5000mAh 6S 60C LiPo
    ca. €68,–
  • Power Distribution Board:
    Tarot Hex PDB
    ca. €2,70
  • Empfänger:
    FrSky X4R SB (von Banggood)
    oder  FrSky X4R SB (von Hobbyking)
    ca. €26,–
  • 433MHz Telemetrie MAVLink:
    Hobbyking Funkmodule
    ca. €33,–

Der Bau

Der Rahmen

Weil ich den Rahmen schon seit einiger Zeit nutzlos hier rumliegen hatte, habe ich ihn mir zuerst nochmal ganz genau angeguckt. Dabei habe ich bemerkt, dass ich ihn damals nur provisorisch zusammengebaut hatte. Alles war schief und krumm. Also habe ich ihn komplett auseinandergenommen. Beim neuerlichen Zusammenbau habe ich diesmal drauf geachtet, dass alle Teile ganz genau sitzen. Zum Beispiel sollten die Motor-Befestigungen genau waagerecht sein. Zwei gegenüberliegende Arme des Rahmens sollten genau eine gerade Linie miteinander bilden. Und bei allen wichtigen Schrauben habe ich diesmal den blauen, mittelfesten Schraubensicherungslack (lock tite) benutzt.

Nach Anleitung in der  Dokumentation  in der Ardupilot-Wiki habe ich auf jeden Arm eine Nummer geklebt und einen Pfeil mit der korrekten Drehrichtung des jeweiligen Motors. Das hilft ungemein beim Testen und man muss nicht immer wieder im Internet nachschauen, welche Reihenfolge die Motoren haben.

Kabel, Stromverteilung, ESCs

Von allen ESCs habe ich die kleinen Bullet Connectors der Stromversorgung abgelötet um sie direkt auf das Tarot Stromverteiler-Board auflöten zu können. Diese recht kleine Platine habe ich mit reichlich Lötzinn verzinnt, damit höhere Ströme problemlos passieren können.

Als Zuleitung dient hier das „Power Module“ des Pixhawk. Während der Strom aus der Batterie durch das Power Module zu dem Verteiler fließt, misst das Modul die Spannung in V und den Strom in A. Außerdem ist in dem Modul ein kleiner BEC eingebaut. Das Power Module wird mit einem sechsadrigen Kabel mit dem Pixhawk verbunden. Somit erhält der Pixhawk dadurch eine Stromversorgung und zusätzlich auch Daten über den Zustand der Batterie.

Zusätzlich habe ich einen 3A-BEC und einen extra XT60-Stecker an das Verteiler-Board gelötet:

Die Motoren

Ebenfalls mit blauem lock tite habe ich die Motoren befestigt, nachdem ich alle Litzen mit den Bullet Connectors versehen habe, die im Lieferumfang der Motoren enthalten waren. Durch die hohlen Arme des Rahmens ergibt sich eine sehr ordentliche Möglichkeit zur Verlegung der Kabel:

Verkabeln und zusammenbauen

Nachdem jetzt also alle Motoren sitzen und die Stromversorgung vorbereitet ist, kann alles zusammengesetzt und die Bodenplatte des Rahmens montiert werden. Es empfiehlt sich sehr, die Servostecker des einzelnen ESCs mit Nummern zu beschriften, die zu denen passen, die man vorher auf die Arme des Rahmens geklebt hat. Sonst weiß man hinterher einfach nicht mehr, was was ist!

Obwohl die ESCs eine längliche Bauform haben, passten sie nicht in die Arme hinein. Der Innendurchmesser der Arme beträgt 11mm, der Außendurchmesser 14mm. Deshalb habe ich sie um die Bodenplatte herum an den Armen angebracht. Das hässliche Hobbyking-Neongrün habe ich mit schwarzem Edding unschädlich gemacht. 😉 Nachdem die Bodenplatte angebracht war und alle Kabelage in dem engen Innenraum verstaut war, habe ich den Pixhawk oben drauf montiert. Die GPS-Antenne wird mit einem hilfreichen, klappbaren Sockel geliefert. Den FrSky X4R-Empfänger habe ich am hinteren Arm befestigt. Das 433MHz-Datenfunk-Modul für die Kommunikation des Pixhawk mit der Bodenstation (Telemetrie und MAVLink) habe ich am vorderen Arm angebracht. Ohne Akku und Propeller kommt mein Kamera-Hex (der ja noch ohne Kamera ist) auf 1,3kg.

Was fehlt jetzt noch?

Propeller

Damit der Hex abheben kann, muss ich jetzt unbedingt sechs der zehn Propeller, die ich bestellt habe, auswuchten. Meine Propeller sind aus Carbon. Das heißt, sie sind sehr leicht, aber auch sehr steif, was wiederum heißt, dass sie Vibrationen viel stärker an den Rahmen weitergeben als z.B. Plastikpropeller. Deshalb ist es hier besonders wichtig, sie sorgfältig auszuwuchten.

Und muss geprüft werden, ob sich alle Motoren in die richtige Richtung drehen. Gegebenenfalls müssen die Anschlüsse zu den ESCs verdolt werden, um das zu erreichen.

Pixhawk

Außerdem muss natürlich der Pixhawk geflasht, programmiert und initialisiert werden. Den Pixhawk hat deshalb auch das nächste Kapitel zum Thema: Teil 3 dieser kleinen Serie widmet sich ihm und der Software, die es für ihn gibt.

Das ganze Projekt:

Alle Hexacopter-Posts

Kamera-Hex, Teil 1: Idee

Projekt Kamera-Hex Teil 1

Mein neuer Plan ist es, einen Hexacopter zu bauen. Das Projekt steht noch ganz am Anfang.

Er soll am Ende vor allem als Plattform für kleinere Kameras dienen. Deshalb werde ich versuchen, einen Antrieb zu bauen, der diese Nutzlast heben kann. Außerdem soll der Hexa ein Kamera-Gimbal bekommen. Deshalb wäre es praktisch, wenn der Flight Controller bereits Funktionen dafür hat. Ein leichter Rahmen ist angesagt.

Um die Übersicht zu behalten, gliedere ich dieses Projekt in mehrere Teile:

  • Dies ist Teil 1.
  • Teil 2  beschreibt nun den Bau des eigentlichen Hexacopters, ohne aber ein Gimbal und eine Kamera zu montieren.
  • Teil 3 wird sich mit dem Pixhawk beschäftigen. Was wird wo angeschlossen? Wie wird er programmiert? Welche (Bodenstations-)Software gibt es? 433MHz-MAVLink-Funk, Flight Modes, die Fernsteuerung etc. werden eingestellt.
  • In Teil 4 soll bewiesen werden, dass der Hex tatsächlich fliegt. Der Autopilot soll besser kennengelernt werden. Es soll getestet werden, wieviel Nutzlast getragen werden kann und ob die Berechnungen con Ecalc stimmten.
  • In den folgenden Teilen soll dann beschrieben werden, wie und welches Gibal montiert wird, wie die Kamera befestigt wird etc.

Der Rahmen ist das einzige Teil, das ich bereits habe. Es ist der Hobbyking  Talon 625  aus Carbon und Alu.

Nachdem ich einen Tag damit verbracht habe, verschiedene Antriebs-Komponenten in Erwägung zu ziehen und vor allem die Kombinationen mit dem Online-Rechner für Flugmodelle  ecalc.ch  durchzurechnen, habe ich auch bereits einige Teile bestellt:

Einkaufszettel

  • Rahmen:
    Talon 625
    ca. €65,–
  • Propeller:
    Hobbyking Karbon 12×5.5
    ca. €9,– für 2 Stück
  • Motoren:
    Quanum 3110 470kv
    ca. €18,– pro Stück
  • ESCs:
    Multistar 20A opto
    ca. €6,50 pro Stück
  • FC:
    Hobbyking Pixhawk
    ca. €110,–
    oder  Banggood Pixhawk
    ca. €53,–
  • Flugakku:
    Turnigy Heavy Duty 5000mAh 6S 60C LiPo
    ca. €68,–
  • Power Distribution Board:
    Tarot Hex PDB
    ca. €2,70
  • Empfänger:
    FrSky X4R SB (von Banggood)
    oder  FrSky X4R SB (von Hobbyking)
    ca. €26,–
  • 433MHz Telemetrie MAVLink:
    Hobbyking Funkmodule
    ca. €33,–

Hintergründe für diese Auswahl

Nach den bekannten Ohm’schen Gesetzen steigt der Verlust durch Widerstand in elektrischen Leitungen mit dem Strom quadratisch an, mit der Spannung steigt er nur linear an. Deshalb gibt es vom Stromkraftwerk über Land Hochspannungsleitungen, der Strom wird erst kurz vor den Haushalten auf 230V herunter transformiert. So kann man dieselbe Leistung verschicken, ohne viel Verlust in Wärme zu stecken. (Siehe Wikipedia-Artikel über   Hochspannungsleitungen)

Deshalb habe ich entschieden, dass der Antrieb mit 6S erfolgen soll.

Außerdem benutze ich die größten Propeller, die auf diese Plattform passen, 12″, mit einer Steigung von 5.5″.

All das führt dazu, dass die ESCs zwar tauglich für 6S sein müssen, aber nur 20A aushalten müssen. Wie man sieht, orientieren sich meine Zahlen und Komponenten stark an dem 6S Upgrade Kit für Hexakopter, das es von DJI zu kaufen gibt. Damit dürfte es ziemlich effizient sein, denn dafür ist DJI unter anderem ja bekannt.

Berechnungen

Ausgehend von den Daten des Antriebssets von DJI habe ich die obigen Komponenten in den Rechner bei Ecalc eingegeben. Hohe Spannung heißt niedrige kV-Zahl für die Motoren. Die größten Propeller, die auf den 625er Rahmen passen, sind 12″ groß. Bei kräftigen Motoren darf man ruhig mal eine hohe Steigung von 5,5″ bei den Props wählen. Die Werte, die hier errechnet wurden, stimmen mich optimistisch:

  • Ein Motor beim Schweben: 2,25A, 49,6W
  • Gesamter Antrieb beim Schweben: 13,53A, 300W
  • Strom maximal: 99,8A
  • Maximale Zuladung: 5,3kg! (Das wird später das Gimbal, die Kamera und das Ladegestell!)

Das ganze Projekt:

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Bastel-Treffen

Am 13.2.2016 trafen sich Einige vom Copter-Cologne-Stasmmtisch zu einem Bastel-Nachmittag. Jeder hatte verschiedene Sachen und Projekte dabei, die er reparieren, löten, bauen, kleben wollte. So fanden sich viele Modelle, Werkzeuge und Einzelteile auf Tischen und auf dem Boden. Außer produktiv zu sein, haben wir natürlich auch viel gequatscht.

Tillcopter I

Nachdem Jochen und ich genügend YouTube-Videos von Flitetest gesehen haben, in denen David Windestal seinen Tricopter vorstellt, beschlossen wir, nach seiner [fancy_link link=“http://rcexplorer.se/projects/2011/09/the-tricopter-v2-5/“ variation=“teal“ target=“blank“]Anleitung[/fancy_link] selber einen zu bauen. An die Arme habe ich farbige LEDs angebracht. Der erste Aufbau hatte einen Spektrum 7-Kanal Empfänger AR7010 mit dem Telemetrie-Modul TM1000 für Volt und Temperatur. Später fügte ich ein Tarot T2D 2-Achs GoPro Gimbal hinzu. Dafür musste ich das Landegestell umbauen, damit der Copter nicht auf der Kamera landet. Das letzte Upgrade meines Tillcopter war der Umstieg auf das RC-System von FrSky (Taranis mit D4R-II). Natürlich muss nach einem Crash immer mal wieder ein Propeller oder Arm ausgetauscht werden. Hier sind ein paar Fotos von meinem Tillcopter I: