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In eigener Sache

Easy Star II Erstflug mit Kamera an Bord

http://www.youtube.com/watch?v=QYlE5SWUpkA

Ich traue mich noch nicht eine GoPro vorne auf die Nase zu schnallen, deshalb ist das Video mit zwei Keycams aus der Bucht geschossen worden. Geht auch ;-)

Flugzeuge sind nochmal eine andere Nummer als ein Quadrocopter. Der braucht korrekt eingestellt nicht ganz so viel Aufmerksamkeit wie ein Flugzeug, das doch recht schnell unterwegs ist. Auch hier habe ich übrigens einen kleinen Mikrocontroller mit Gyro und Beschleunigungssensor eingebaut, damit es etwas stabiler fliegt (MultiWii als Steuersoftware). Man merkt den Unterschied bei Windböen, aber im Prinzip lassen sich Modellflugzeuge auch sehr gut ohne Stabilisierung fliegen.

Nächster Schritt, GPS einbauen und um einen Wegpunkt herumkreisen und automatische Rückkehr zum Startpunkt ausprobieren. Dann noch vollständige Telemetrieübertragung und den Videosender draufpacken und los kann’s gehen die Reichweite von dem ganzen Zeug zu testen ;-) Ich habe vor das OSD nicht klassisch in das Modell einzubauen, sondern eines an Hand der Telemetriedaten am Boden einzublenden. Damit müsste es möglich sein auch bei Bildausfall der Videoübertragung noch halbwegs die Kontrolle zu behalten und bei komplettem Kontrollverlust steuert sich das Modell von selbst wieder zurück zum Startplatz. So der Plan.

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Platzprobleme auf dem Quadrocopter

Nun, nicht ganz „auf“ dem Quadrocopter … mehr auf seinen Microcontrollern. Der Kern des ganzen ist ein Arduino mit (ohne Bootloader) genau 30720 Bytes an verfügbarem Speicher. Multiwii stößt mit all den verbauten Sensoren, jetzt aber an die Grenzen des Möglichen. Gyro, Beschleunigungssensor, Magnetometer, Barometer, GPS und Sonar verbraucht 30438 Bytes. Und dabei kann die Software mit den Sonarwerten noch nicht einmal etwas anfangen (ich hoffe ich kriege da mit den 282 verbleibenden Bytes noch was hin).

Die GPS Funktionalität wäre auch gar nicht möglich gewesen, wenn ich nicht noch einen Attiny 2313 eingebaut hätte um das serielle GPS-Protokoll auf I²C umzuschreiben (Quelle: Tiny-GPS). Dort sind mit Sonarcode 2010 von 2048 Bytes belegt.

Also alles voll und kein Platz mehr für wirklich große Erweiterungen übrig, wie z.B. optischer Fluss für den Position Hold Modus, Wegpunkte (das könnte evtl. noch klappen, wer weiß), LED-Steuerung, etc.

Der nächste Quad/Whatever wird dann wohl nur die nötigsten Sensoren haben (ich nehme an Gyro und Beschleunigung reichen für was zum Spaß haben völlig aus) bzw. ein größeres Hirn benötigen. Dieser Quadrocopter bleibt erstmal so wie er ist, nachdem der Zusammenbau wieder so ein Gefummel war ;-) Flugtest sobald weniger Wind weht ;-)

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Quadrocopter Erstflug

Letztes Wochenende bin ich mit zwei Freunden und meinem fertigen Quadrocopter nach Marloffstein gedüst um das Fluggerät mal richtig testen zu können (gemähte Wiese, viel Platz). Geflogen ist es vorher schon, aber noch nicht lange genug um alles zu testen bzw. kalibrieren zu können. Leider endete dieser erste, richtige Flugversuch mit einem Totalschaden – nicht im Feld reparierbar (Centerplates gebrochen) – aber es war trotzdem ziemlich erfolgreich wie ich finde.

Zum einen weiß ich jetzt, dass die YAW Richtung falsch eingestellt war (deshalb drehte er sich oft ziemlich wild in der Luft) und auch in welche Richtung man trimmen muss, wenn der Copter in eine Richtung abdriftet … und zu guter Letzt, dass man ihn besser frühzeitig abstürzen lässt bevor er zu hoch und weit weg ist, um noch irgendwas am Kontrollverlust ändern zu können. Ich dachte eben ich könnte ihn wieder zurückholen und dann flog er aber auf einmal ziemlich schnell auf die geparkten Autos zu und mit zunehmender Entfernung und den ständigen Drehern lässt sich dann leider nicht mehr so genau sagen wo vorne und hinten gerade sein mag ;-)

Wie dem auch sei, die GoPro flog mit und Marcel, der unerschrockene Kameramann, filmte damit fleißig als sie ziemlich spektakulär bei einer „Landung“ auf Teer vom Quadrocopter wegflog. Seht selbst (in HD!) ;-)

http://www.youtube.com/watch?v=jKMiwRDnTKo

P.S.: Beim nächsten Mal probiere ich den Modus aus, bei dem Vorne immer in die gleiche Richtung zeigt. Dann dürfte es einfacher zu steuern sein. Außerdem habe ich jetzt einen billigen GPS-Chip mit dem Return-To-Home bzw. Position-Hold klappen müsste. Habe nur keine Schalter mehr dafür an meiner Fernsteuerung.

P.S.: Der Adrenalinschub beim Fliegen eines mehrere hundert Euro teuren (mittlerweile) Modells in das man so viel Zeit gesteckt hat (beim nächsten Mal gleich richtig machen!) beim Fliegen … ist gewaltig. Wohoooooo!

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Und er flog doch

Stunden später und einige lehrreiche Versuche später flog mein Quadrocopter dann doch. Wenn auch nur ziemlich kurz, weil jetzt alle Akkus leer sind. Was habe ich gemacht?

  • Erst einmal habe ich versucht die PID-Werte einzustellen, aber der Quad (ich habe ihn von oben mit der Hand festgehalten) wackelte wie blöd und ich habe keine guten Einstellungen finden können
  • Schlussendlich habe ich alle Werte auf 0 gesetzt und von da angefangen. Es stellte sich heraus, dass die YAW Korrektur für das Wackeln verantwortlich war.
  • Außerdem scheint der Beschleunigungssensor, den ich eigentlich verwenden wollte (ADXL345, der bei der IMU3000 mit dabei war), ein wenig empfindlich auf die Vibrationen zu reagieren. Mit dem anderen Sensor (LSM303) klappt es besser

So, nun fliegt es also halbwegs stabil. Nunja, wenn man das herumdriften ignoriert für das es sicher irgendwo eine Trimfunktion gibt. Was bleibt noch zu tun?

  • Akkus auffladen
  • Das YAW Problem irgendwie lösen oder erst einmal damit leben, vielleicht dreht er sich ja nicht zu krass um die eigene Achse
  • Beeper anschließen damit ich merke wann der Akku zur Neige geht
  • Draußen testen, wie es sich mit welchen Einstellungen fliegen lässt
  • Alles schön verstauen und mit Kabelbinder befestigen
  • Kamera dran und ein Video aufnehmen, das ganze „Erstflug“ nennen und auf Youtube hochladen

Mal sehen, ob morgen Nachmittag nochmal dazukomme. So schnelle Fortschritte hätte ich eigentlich nicht erwartet. Falls jemand einen Quadrocopter bauen will, nehmt lieber Sensoren und Grundplatinen, die von vorhandener Software unterstützt wird als selbst irgendetwas zu basteln. Heutzutage tut es ein kleiner Arduino (nano oder mini), eine IMU (z.B. FreeIMU für 84 Euro, inkl. Beschleunigungssensor, Gyro, Kompass und Barometer) und ein bisschen Hardware aus China und schon fliegt das Ding. Beim nächsten Redesign dann ;-)

Damit ich es nicht vergessen noch ein paar Todos für die mittlere Zukunft:

  • Defektes Amperemeter austauschen und wieder anschließen um Stromverbrauch messen zu können
  • Telemetrieübertragung per Bluetooth? Oder doch 800 MHz? Zigbee? Ich denke Bluetooth reicht erstmal und das geht immerhin direkt mit dem Handy
  • Ein richtiges Kameragestell für die GoPro
  • Möglichkeit zwei LiPos gleichzeitig zu benutzen (kleines Platzproblem, aber mal schauen)
  • Den Code aufräumen und einen Patch an das MultiWii Projekt zurückgeben. Vielleicht kann ja jemand Unterstützung des IMU3000 Boards und den LSM303 Kompasses gebrauchen (und Software PWM für die ersten 4 Motoren, wenn man die Hardware PWM Pins für SPI braucht.
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Flieg kleiner Quadrocopter, flieg!

Ok … den Rest des Tages (und vermutlich mehr als nur der Rest vom Sonnenlicht) opfere ich für mein kleines Quadrocopter Projekt, das bisher eher ein Fehlschlag war. Grund: Software von Grund auf selbst programmieren war/ist doch komplizierter als gedacht. Was ich nun mache? MultiWii 2.0 an meine Hardware anpassen und ihr seid live dabei ;-)

Das ist der Kern des Fluggerätes.

  • Die großen schwarzen ICs oben und links sind für die Ansteuerung von RGB LEDs gedacht und werden per SPI gesteuert.
  • Links oben befindet sich ein kleiner Spannungsteiler um die Spannung der Batterie mit dem Arduino direkt messen zu können.
  • Rechts oben sitzt ein Board mit dem gleichen Chip wie auf dem Arduino Nano unten in der Mitte und das Ding ist nur dazu da, die 8 Kanäle der Fernsteuerung auf einen zu verschmelzen. Ich habe das erst mit einem PIC ausprobiert, aber der hatte nicht genügend Interrupts um ein stabiles Signal für alle Kanäle zu bekommen. Die Lösung so funktioniert, ist aber Overkill, da es auch Empfänger gibt, die ein Summensignal von sich aus ausgeben können.
  • Der Empfänger befindet sich auf der Unterseite rechts
  • Das große, rote „Board“ in der Mitte ist ein IMU3000 von Sparkfun. Gyro und Beschleunigungssensor in einem
  • Darunter und rechts neben dem Arduino ist ein Pegelwandler für …
  • … den grünen Magnetfeldsensor (Kompass) direkt darunter. Der hat auch noch einen Beschleunigungssensor eingebaut. Overkill, die 2.
  • Rechts unten befindet sich schlussendlich noch ein Barometer um die Höhe des Quadrocopters feststellen zu können