Drohnen selber bauen & tunen

Ohne Vorkenntnisse: Drohne, Quadrocopter, Multicopter: Schritt für Schritt selbst gebaut.

Patrick Leiner

• Publisher: Franzis Verlag
• Year: 2016
• Print ISBN: 9783645604444
• eBook ISBN: 9783645223492
• Edition: 1
• Topic: Technik & Maschinenbau
• Subtopic: Bauingenieurwesen

Schritt für Schritt selbst gebaut- Drohne- Quadrocopter- MulticopterDrohnen erweitern: Telemetrie, Flugzeiten optimieren, Kamera für Luftaufnahmen und FPVSie sind begeistert von Multicoptern und ihrer Technik? Sie möchten einen eigenen Quadrocopter, Hexacopter oder sogar einen Octocopter selbst bauen, einstellen und ohne Vorkenntnisse in die Welt der DIY-Drohnen einsteigen? Dann sind Sie hier richtig. Mit diesem Buch erfahren Sie alles über die technischen Grundlagen, die Flugzeit- und Leistungsberechnung sowie die Herangehensweise an ein Selbstbauprojekt.Schrauben, kleben, löten und fliegen: Fangen Sie noch heute damit an, es lohnt sich!Vom Motor zur fertigen DrohneDer Autor Patrick Leiner erklärt Ihnen, wie die Einzelkomponenten für den Bau einer Drohne ausgewählt werden und worauf Sie beim Bau, Einstellen, Fliegen und Optimieren achten sollten. Insgesamt enthält das Buch drei ausführliche Selbstbauprojekte, von der günstigen Drohne für unter 150, - Euro über den vielseitig einsetzbaren Quadrocopter bis zum großen Octocopter für den Transport von Lasten. Sie wollen Ihre Drohne tunen? Erfahren Sie, wie Sie ein FPV-System integrieren, eine Kamera mit Gimbal für Luftaufnahmen installieren oder die Flugzeiten Ihrer Drohne optimieren.Neben dem Bau lernen Sie auch die notwendige Theorie: von der Funktionsweise der einzelnen Komponenten bis zur rechtlichen Situation beim Flug Ihrer eigenen Drohne. Danach können Sie unbesorgt Ihr neues spannendes Hobby ausleben und ausfliegen.

BAUTEILE UND IHRE EIGEN-SCHAFTEN

Rahmen eines Multicopters

Motoren im Multicopterbau

Motorsteuerung – der Brushlessregler (ESC)

Luftschrauben im Copterbau

Akku: Hier kommt Spannung auf

Ladegeräte und Ladetechnik

Aufgabe des Flightcontrollers

OpenPilot – Steuersoftware

MultiWii – Steuersoftware

DJI-Flightcontrollersystem

Ardupilot-Flightcontrollersystem

KK-Flightcontrollerboard

Entscheidungshilfe in Sachen Flightcontroller

RC-Anlage – Funksteuerung des Multicopters

Telemetriesysteme

Kameras, Gimbals und FPV

Immersionsfliegen wie im Cockpit (FPV)

Multicopter bestehen aus vielen einzelnen Bauteilen. Diese Bauteile müssen für einen sicheren und stabilen Flug des Copters perfekt zusammenarbeiten. Die wichtigste Komponente stellt der sogenannte Flightcontroller dar. Er ist dafür zuständig, alle Sensordaten des Systems auszuwerten, die Steuerbefehle des Piloten zu beachten und daraus eine stabile Fluglage zu errechnen. Er gibt die Befehle direkt an die Rotoren weiter, die so mit Hilfe der Motorregler (ESCs) ihre Drehzahl anpassen können. Das elektronische Grundsystem eines Multicopters sieht somit schematisch wie folgt aus:

Funktionsprinzip eines Multicopters.

RAHMEN EINES MULTICOPTERS

Alle Komponenten werden auf ein Gestell montiert, das dafür sorgt, dass alle Bauteile sicher verbaut sind und genau an Ort und Stelle bleiben. Das ist der Rahmen eines Multicopters.

Centerplate, Ausleger und Landegestell

Der Rahmen (engl. frame) eines Multicopters kann in verschiedene Elemente unterteilt werden. Im Wesentlichen besteht er aus einer Zentralkonstruktion, der sogenannten Centerplate, den Auslegern und dem Landegestell.

Octocopter-Rahmen mit zwei übereinander liegenden Centerplates, acht Auslegern mit Motorhalterungen sowie ein Landegestell.

Die Centerplate dient der Montage eines Flightcontrollers, seiner externen Sensoren (GPS, Magnetometer) und des Empfängers sowie gegebenenfalls weiterer Elektronikbauteile wie Motorregler, Powerdistribution (Stromverteiler) oder Telemetrie.

Die Ausleger werden benötigt, um die Motoren räumlich getrennt von der Centerplate zu montieren. Sie werden an der Centerplate angebracht oder sind zusammen mit dieser aus einem Stück gefertigt.

Das Landegestell kann in unterschiedlichen Ausführungen im Bausatz enthalten sein oder einzeln gekauft werden. Soll der Copter eine große Kamerahalterung tragen, wird ein größeres Landegestell benötigt als bei einem kleinen und wendigen Multicopter. Spezielle Landegestelle lassen sich für den uneingeschränkten Betrieb einer schwenkbaren Kamerahalterung während des Fluges nach oben klappen.

Kleiner Quadrocopter-Rahmen aus einem zusammenhängenden Kunststoffteil.

MATERIAL-DICHTE

Die Dichte eines Materials (auch als spezifisches Gewicht bezeichnet) gibt an, wie schwer ein Material bezogen auf ein bestimmtes Volumen ist. Die Zugfestigkeit gibt die im Material maximal mögliche Spannung an. Das Zug-E-Modul (Elastizitätsmodul) gibt die Steifigkeit des Materials an.

CFK

Carbonfaserverstärkter Kunststoff (CKF) ist ein Allroundtalent. Es hat eine annähernd so hohe Zugfestigkeit wie Stahl, weist dabei aber lediglich 1/5 der Dichte auf, ist also fünfmal leichter, und das ist enorm. CFK wird oft dort eingesetzt, wo sehr wenig Abfluggewicht gefordert ist, oder in sehr großen Multicopterkonstruktionen. Da dieses Material jedoch aufgrund der Herstellungstechnik und der Materialpreise sehr teuer ist, kann ein größerer Multicopterrahmen schon einmal deutlich über 1000 Euro kosten. Aluminium ist ein Preis-Leistungs-Kompromiss. Es ist relativ leicht, günstig und hat eine ausreichende Festigkeit. Kunststoff wird vor allem in kleinen und kostengünstigen Rahmen eingesetzt.

Materialanforderungen an den Rahmen

Die Anforderungen an einen Multicopterrahmen sind vielfältig. Er muss sehr leicht sein, jedoch auch hoch stabil und verwindungssteif. Deshalb ist es nicht verwunderlich, dass viele Multicopterrahmen aus CFK (kohlenfaserverstärktem Kunststoff), GFK (glasfaserverstärktem Kunststoff) oder Aluminium bestehen.

Carbon-Material – Rohr-Rahmenbauteil und Luftschraube aus Carbon.

Rahmenbausatz oder selber bauen?

Ein Rahmen zum Bau eines Copters kann entweder als vorgefertigter Bausatz erworben oder selbst konstruiert und gebaut werden. Beide Möglichkeiten bieten Vor- und Nachteile. Ein fertiger Rahmenbausatz ist schnell zusammengebaut und in vielen Multicoptershops, je nach Größe und Ausstattung, ab 20 Euro erhältlich. Ein Selbstbaurahmen bietet vor allem die kreative Freiheit der Formgebung und Dimensionierung des Fluggerätes, setzt jedoch ein gewisses Maß an handwerklichem Geschick und planerischen Fähigkeiten voraus.

Ein Rahmen im Selbstbau muss vor allem eine sein: verwindungssteif. Die Konstruktion muss also sehr formstabil sein, auch wenn große Kräfte auf das Material wirken. Lassen sich die Ausleger leicht zueinander verdrehen oder schwingen auf und ab, kann schon der Erstflug zum Scheitern verurteilt sein.

Bauprojekt mit 3-D-Drucker realisieren

Mit einer 3-D-CAD-Software lässt sich ein solches Selbstbauprojekt heute auch schnell mit einem 3-D-Drucker realisieren.

Filigrane Kugelkonstruktion, hergestellt mit einem 3-D Drucker.

Mit einem 3-D Drucker hergestelltes Getriebe.

Eine kleine Auswahl kostenlos verfügbarer Programme:

Google-Sketchup

FreeCAD

Creo Elements

DesignCAD 3D

Tinkercad

Dann können Sie unter Beachtung einiger Rahmenbedingungen der Kreativität freien Lauf lassen. Ein 3-D-Drucker hat nur eine gewisse Baugröße. Das bedeutet, es können nur Teile einer bestimmten Maximalgröße gedruckt werden. Auch eine zu extreme Bauform, wie überhängende Kanten oder freistehende Decken, sollten bei einer Konstruktion, die in einem 3-D-Drucker realisiert werden soll, vermieden werden. Zur Konstruktion eines Bauteils wird natürlich auch eine geeignete Software benötigt. Die Auswahl reicht von kostenlosen Grundprogrammen bis hin zu teurer Profisoftware.

Wenn Sie einen Rahmen mit einem 3-D-Drucker erstellen wollen, sollten Sie bedenken, dass das Druckmaterial (ABS oder PLA) keine hochstabilen oder leichten Rahmenteile zulässt. Eine lange Flugzeit ist somit nicht möglich.

Systembausatz und Einzelteile

Einen...

Table of contents

• Deckblatt
• Vorwort
• Inhaltsverzeichnis
• Drohne, Flugzeug oder was?
• Multicopter und was sie ausmacht
• Bauteile und ihre Eigen schaften
• Gesetze, Rechtslage und Versicherung
• Rechnerische Grundlagen
• PID-Werte einstellen
• Planung Selbstbaucopter
• Bau einer Low-Cost-Drohne
• Allround-Quadrocopter
• Power-Octocopter
• FAQs und Fehlerquellen
• Glossar
• Index
• Bildnachweis
• Impressum