Kamera-Hex Teil 3: Pixhawk

Projekt Kamera-Hex Teil 3: Der Pixhawk Flight Controller

Da der Pixhawk Autopilot (Flight Controller) Open Source-Hardware und -Software ist, gibt es eine Vielzahl an Stellen im Netz, an denen sich Informationen, Downloads, Firmware und Anleitungen befinden. So gibt es z.B. nicht nur eine richtige Bodenstations-Software (engl. ground control station, gcs), sondern gleich drei mächtige Programme zur Auswahl. Mit ihnen lässt sich die Firmware des Pixhawk flashen, der Pixhawk wird mit ihnen programmiert, man kann vorgegebene Routen und Wegpunkte (waypoints) planen, die dann als Mission im Pixhawk gespeichert und nacheinander abgeflogen werden, es werden Telemetriedaten wie Akkuzustand, Lage des Kopters, Ort des Kopters etc. angezeigt.

Programm OS Anmerkungen Download
http://ardupilot.org/planner/index.html

Mission Planner

Windows Ältestes Programm, entwickelt für den ArduPilot, hat die meisten Funktionen. http://ardupilot.com/wp-content/plugins/download-monitor/download.php?id=82
http://qgroundcontrol.org

QGroundControl

Windows, Macintosh (bald: Android, iOS!) Innovative Oberfläche, hauptsächlich für den Pixhawk entwickelt. Treibende Kraft ist die ETH Zürich. https://github.com/mavlink/qgroundcontrol/releases/
http://ardupilot.org/planner2/index.html

APM Planner 2

Windows, Macintosh, Debian, Ubuntu, Raspberry Pi Baut auf Mission Planner und qGroundControl auf. http://ardupilot.com/downloads/?category=35#apm_planner_20_9_laquonbspdownloads

Und so sehen die Programme dann tatsächlich aus: Wie man sieht, ähneln sich Mission Planner und APM Planner 2 sehr, wohingegen QGroundControl ein etwas minimaoistischeres Design verfolgt. Auf einem kleinen China-Tablet mit Windows 10 und einem Touch-Screen merkt man schnell, dass die etwas größeren Symbole und überhaupt das ganze User Interface von QGroundControl sehr gut auf die Bedienung mit einem Finger anstatt einer Maus optimiert wurden.

Alles anschließen

Der Pixhawk hat auf seiner Oberseite viele Anschlüsse für diverse Dinge:

Das ganze Projekt:

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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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