Roverdrohne selber bauen & tunen

Ohne Vorkenntnisse. Schritt für Schritt selbst gebaut. Roverdrohne erweitern: drei verschiedene FPV-Kameras, Scheinwerfer und Solaranlage zum Laden der Akkus.

Patrick Leiner

• Publisher: Franzis Verlag
• Year: 2017
• Print ISBN: 9783645605243
• eBook ISBN: 9783645224161
• Edition: 1
• Topic: Physical Sciences
• Subtopic: Space Science

Sie sind begeistert von Roverfahrzeugen in der Raumfahrt, ihrem Aufbau und ihrer Technik? Sie interessieren sich auch für ferngesteuerte RC-Cars und die neue Technik der Multi-copterdrohnen? Dann verbinden Sie doch beides und bauen einen eigenen, autonomen Rover. Das Buch zeigt Ihnen an einem ausführlichen Selbstbauprojekt, wie Sie mit viel Spaß und überschaubarem Aufwand eine vielseitig einsetzbare Roverdrohne planen, bauen, tunen und einsetzen.Schrauben, kleben, löten und rein ins Cockpit: Sie erfahren, wie die Einzelkomponenten für den Bau einer Roverdrohne ausgewählt werden und worauf Sie beim Bauen, Einstellen, Fahren und Optimieren achten sollten. Besonders die autonome Steuerung eines Rovers ist eine Herausforderung. Praktisch, dass aus der Welt der Multicopterdrohnen Hard- und Softwarekomponenten zur Verfügung stehen, die für diesen Zweck eingesetzt werden können: Nutzen Sie das bekannte und beliebte Open-Source-System ArduPilot (APM), um Ihren Rover auf autonome Missionen zu schicken. Tuning für atemberaubende Geländefahrten: Erfahren Sie, wie Sie eine Kamera mit Gimbal für Geländeaufnahmen installieren oder die Fahrzeiten Ihrer Drohne mit einer Solaranlage optimieren – über die Kapazität des Akkus hinaus. Integrieren Sie ein FPV-System, mit dem Sie bei Tag und bei Nacht die faszinierende Sicht aus dem Cockpit genießen.

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ROVERDROHNE: DER FAHRROBOTER

Was ist ein Rover?

Wo werden Rover überall eingesetzt?

Wie wird ein Rover zur Drohne?

Marsrover Sojourner der Pathfinder-Mission nach den ersten Zentimetern Fahrt auf dem Mars.

Rover – dieses Wort kennen die meisten sehr wahrscheinlich aus den Nachrichten, wenn es um spektakuläre Raumfahrtmissionen geht, in denen ein Marsrover die weite Reise von der Erde aus bis zu unserem Nachbarplaneten, dem Mars, überstanden hat, eine kinoreife Landung im roten Marssand hinlegt und von nun an die unentdeckten Weiten der Marslandschaft erkundet. Aber tatsächlich werden viele Fahrzeuge heute mit dem Begriff »Rover« bezeichnet, weil sie ähnliche Eigenschaften wie ihre Weltraumkollegen aufweisen. Das Wort selbst stammt tatsächlich aus dem Englischen und bedeutet so viel wie »umherwandern«. Das trifft natürlich speziell auf solche Fahrzeuge zu, die beispielsweise für wissenschaftliche Zwecke eingesetzt werden und eine Gegend erkunden, die sich möglicherweise noch niemand vorher genauer angeschaut hat. In der Raumfahrt trifft das natürlich voll und ganz zu, aber auf der Erde gibt es ebenfalls viele Roverfahrzeuge, die ähnliche Aufgaben erfüllen müssen.

WAS IST EIN ROVER?

Rover sind richtige Alleskönner, denn um ihren Zweck – das Erkunden von Gebieten oder das Erledigen spezieller Aufgaben in einem Gebiet – erfüllen zu können, dürfen sie natürlich nicht bei der kleinsten Unebenheit den Dienst quittieren und ihrem Operator den Status »Out of Order« geben. Auf der Erde mag dies nur ein kleines Problem darstellen, wenn allerdings ein Rover Millionen von Kilometer in einer Raumkapsel auf einen anderen Planeten geschickt wird, muss er natürlich auf so ziemlich alles vorbereitet sein, was die Landschaft bietet. Auch größere Hindernisse wie einen Baum, wenn wir wieder an den irdischen Betrieb denken, sollte so ein Rover umfahren können.

Genau das ist ein weiterer Punkt, der einen Rover so einzigartig macht. Denn viele Fahrzeuge dieser Gattung besitzen nicht nur ein geländetaugliches Fahrgestell und einen kraftvollen Antrieb, sie beinhalten oft auch echte Hochleistungscomputer, die mit verschiedensten optischen Sensoren gefüttert werden und das Gefährt teil- oder sogar vollautonom fahren lassen. Weiß also ein Rover, wo er gerade ist, und hat er die technische Ausrüstung an Board, um seinen Weg selbst zu finden, ist er optimal für seinen Einsatz in allerlei Gebieten gerüstet, sei es auf der Erde oder oben auf einem anderen Planeten.

WO WERDEN ROVER ÜBERALL EINGESETZT?

Wo kommen Rover generell zum Einsatz? Interessant ist, dass sie in mehr Bereichen genutzt werden, als wir denken oder als uns bewusst ist. Einer der populärsten Anwendungsbereiche von Roverfahrzeugen ist sicherlich die sogenannte Space Exploration, also die Erkundung unserer Nachbarplaneten und Monde mit Fahrzeugen, die ferngesteuert oder autonom, Millionen Kilometer von der Erde entfernt spezielle Aufgaben erledigen können. Das ist schon sehr interessant und beeindruckend, wenn man einmal darüber nachdenkt, was so ein Meisterwerk der modernen Technik aushalten muss, bis es am Zielort ist, oder aus wie vielen Einzelteilen ein Rover besteht und wie viele Konstruktionsstunden dahinterstecken.

Speziell bei den Marsroverfahrzeugen der NASA ist eine faszinierende Entwicklung in der Rovertechnik zu erkennen. Wieso ist es vorteilhaft, einen Rover zu nutzen, um unentdeckte Gebiete, Gelände und Landschaften zu erforschen? Um in einem bisher unbekannten Gelände etwas erforschen zu können, wird eine Forschungseinrichtung benötigt, die nicht nur statisch an einem Ort gewisse Messungen und Forschungen durchführen kann, sondern mobil einsetzbar ist und die Forschungsstation zu immer neuen Gebieten bringt. Man könnte meinen, Fluggeräte seien dafür doch viel effektiver.

Das stimmt vielleicht, jedoch war die Technik bislang noch nicht so weit, Forschung auf einem anderen Planeten oder Mond mithilfe eines Fluggeräts so zuverlässig durchzuführen wie mit einem mobilen Rover. Die Entwicklung der Marsrover zeigt deutlich, dass die Rovertechnik immer weiterentwickelt und immer zuverlässiger wurde. Sehr interessant ist der Fortschritt in der Entwicklung der Roverfahrzeuge, die speziell für die Marserkundung gebaut wurden und tatsächlich auf dem Mars zum Einsatz kamen oder immer noch weit weg von der Erde oben auf dem Roten Planeten durch die Landschaft rollen und den Wissenschaftlern stetig neue und faszinierende Bilder und Daten unseres Nachbarplaneten liefern.

Die jüngste Geschichte der Marsroverentwicklung der NASA: vorne links der Rover Sojourner, hinten links einer der beiden baugleichen Rover Spirit und Opportunity und rechts der Rover Curiosity.

Im obigen Bild ist die jüngste Entwicklung des Marsroverprogramms der NASA sehr gut zu sehen. Der kleinere Rover vorne links ist der 1996 gestartete Marsrover Sojourner, dahinter ist einer der beiden Zwillingsrover des MER-Programms zu erkennen. MER steht für Mars Exploration Rover und beinhaltete die beiden baugleichen Marsrover Spirit und Opportunity, die im Jahr 2003 auf den Mars geschossen wurden. Hier ist die Entwicklung recht deutlich zu sehen, denn rechts neben den NASA-Mitarbeitern befindet sich der aktuellste Marsrover Curiosity.

Der Rover Sojourner (Sojourner bedeutet so viel wie »Gast« – zu Gast auf dem Mars) konnte schon einige wissenschaftliche Tests auf der Marsoberfläche durchführen, Gesteinsproben analysieren und die Festigkeit des Marsbodens feststellen. Er war drei Monate auf dem Roten Planeten unterwegs.

MARSROVER SOJOURNER

Der Marsrover Sojourner wurde 1997 mithilfe einer Landekapsel namens Mars Pathfinder auf dem Roten Planeten abgesetzt. Der kleine Rover wog nur 10,6 Kilogramm und erkundete den Mars drei Monate lang.

Auf dem Rover befanden sich circa 0,2 Quadratmeter Solarzellen, die auf dem Mars eine Leistung von 15 W (Watt) erbringen konnten (dort herrscht eine geringere Sonnenenergieeinstrahlung als auf der Erde, da er weiter entfernt von der Sonne ist). Interessant ist auch, dass die Solarzellen nicht zum Laden des Akkus gedacht waren, denn der Rover hatte eine nicht aufladbare Batterie an Bord. Tagsüber konnte er also mit Sonnenenergie betrieben werden, auch wenn die Batterie schon so gut wie leer war.

2003 folgte die sehr umfangreiche MER-Mission (Mars Exploration Rover), die aus gleich zwei Rovern bestand, Spirit und Opportunity. Die Rover sind baugleich und wurden in einem Abstand von nur einem Monat nacheinander auf den Mars geschossen.

Künstlerische Darstellung des MER-Rovers Spirit.

Sie landeten in zwei unterschiedlichen Marsregionen und erkundeten, weit über ihre vorgesehene Lebensdauer hinaus, den Mars. Der Rover Opportunity ist tatsächlich schon seit 2004 auf dem Mars und immer noch voll mit wissenschaftlichen Aufgaben beschäftigt.

Aufbau der NASA-MER-Rover Spirit und Opportunity.

Eigentlich waren die Rover für lediglich 90 Tage ausgelegt, es war also ein echter Erfolg in der Raumfahrttechnik. Im Gegensatz zum Sojourner Rover wiegen die MER-Rover 185 Kilogramm und besitzen eine Solaranlage, die circa 300 W liefern kann, sowie einen aufladbaren Akku. Die Rover haben auch einiges mehr an wissenschaftlichem Gerät dabei, wie beispielsweise einen geologischer Bohrer.

Curiosity ist der zurzeit größte und modernste Rover auf dem Mars.

Im Gegensatz zum 185 Kilogramm schweren MER-Rover wiegt Curiosity stolze 900 Kilogramm, so viel wie ein Kleinwagen. Der Rover landete im August 2012 sehr spektakulär auf der Marsoberfläche. Die Sonde, die den Marsrover auf der Oberfläche absetzte, klinkte wenige Hundert Meter über dem Grund ein sogenanntes Skycrane-System aus, an dem der Rover unten befestigt war. Das mit Raketenantrieb bestückte Landegefährt zündete kurz vor der Oberfläche den Antrieb, ließ den Rover an einer Seilkonstruktion die letzten Meter auf die Marsoberfläche absinken, kl...

Table of contents

• Cover
• Titel
• Impressum
• Vorwort
• Inhalt
• 1 Roverdrohne: der Fahrroboter
• 2 Bausteine der Roverdrohne
• 3 Stufe 1: Grundkonstruktion
• 4 Stufe 2: FPV-Tuning
• 5 Stufe 3: Solar-Tuning
• Index
• Bildnachweis