Quadcopter

Ein lange von uns gehegter Traum ist ein Quad- oder sogar Octocopter, an dem wir eine Kamera befestigen, um so die Welt von oben zu betrachten.
Diesem Wunsch haben wir uns endlich einmal angenommen und kräftig geplant und investiert.

Im Großen und Ganzen ist das Prinzip eines Copters recht einfach. Um das Flugobjekt in der Waage zu halten und die Position auch bei leichten Windböen aufrecht zu erhalten bedient man sich eines Accelerometer und eines Gyroskops. Diese liefern Informationen über die Beschleunigungen und Winkelgeschwindigkeiten in je 3 Dimensionen. Diese Informationen werden von dem zentralen Mikrocontroller ausgewertet und in Steuersignale der Motoren übersetzt.
Die Motoren sind bürstenlos, sogenannte Brushless-Motoren. Dies bedeutet, dass man entgegen eines gewöhnlichen Motors nur Spulen und Magnete vorfindet. Die Kohlebürsten sowie ein Kommutator entfallen. Daher ist man beim Betrieb auf je einen Brushless-Controller angewiesen, welcher dem Motor über drei Kabel drei phasenverschobene Signale mit hoher Stromstärke liefert. Die drei Signale erzeugen in den Spulen auf dem Motoranker Magnetfelder, welche mit beweglichen Permanentmagneten auf der Motorwelle die für den Betrieb erforderlichen Kräfte und somit Drehmomente erzeugen.

So befinden sich bei einem Quadcopter vier und bei einem Octocopter acht Motoren auf dem Rahmen und bringen diesen bei gleicher Drehgeschwindigkeit zunächst einmal zum Schweben, bei höherer Drehzahl zum Steigen, bei niedriger analog zum Sinken. Ein kleines Problem ergibt sich beim Betrachten der auftretenden Kräfte. Nach dem dritten newtonschen Axiom actio=reactio erzeugen die Drehmomente der gleichsinnig laufenden Motoren ein Drehmoment auf den Rahmen in die entgegengesetzte Richtung. Dies lässt sich aber leicht beheben, indem man eine Hälfte der Motoren in die entgegengesetzte Richtung laufen lässt und einen Propeller anbringt, der ebenso für die Gegenrichtung gemacht ist. So kann die eine Hälfte der Motoren das Drehmoment der anderen ausgleichen und gleichzeitig die gleiche Auftriebskraft bereitstellen. In der Praxis sind gleichsinnig drehende Motoren symmetrisch zum Mittelpunkt angebracht.

So viel zur Theorie, es folgt unsere praktische Umsetzung.
Das Grundgerüst bilden Aluminiumprofile aus dem Baumarkt, die per Schraube zu einem Kreuz verbunden sind. Stabilisiert wird das ganze von einem dünnen Aluminiumblech geringen Gewichts, welches auch später Elektronik und Akku tragen wird.

6 Gedanken zu „Quadcopter“

    1. Die Motoren sind von eBay und haben was um die 300W. Mal schauen, ob sie es bringen 😉 Der Stom lässt ja schon einiges vermuten…

  1. Schön, aber jetzt her mit den Details!

    Wie steuert ihr den QC? Mit einer Handelsüblichen Fertsteuerung, oder was selber gebautem?(Kann das neue Video nicht sehen … dank strikter betriebsinterner Zensur)
    Was für Steuersignale werden vorgegeben? Schub? So wie es sich liest habt ihr Lageregelalgorithmen implementiert, also hält er seine Position (vertikal und horizontal) selbst stabil? Habt ihr das selber implementiert oder greift ihr auf etwas zurück? Wenn ihr es selbst geschrieben habt wäre ein Artikel über die Lageregelung sicher interessant. (Reglerstruktur, Auslegung, Störgrößen …)

    Woher sind die BLDC Motortreiber? Selber gebaut oder fertig gekauft?

    „In der Praxis sind gleichsinnig drehende Motoren symmetrisch zum Mittelpunkt angebracht.“
    Das klingt gerade so wie ihr es nicht meint … finde ich zumindestens.

    Weiter so …. irgendwann will ich mir auch mal einen QC bauen. Ich find vor allem die Steuerungssoftware mit der Flugregelung interessant.

  2. hey

    ziemlich coole sache!!! ich baue auch qudcopter und nutze dafüer bereits fertige controller. es gibt da echt ein paar richtig gute auf dem markt!!! vielleicht woll ihr ja erstmal mit so einem anfangen?!? hier sind mal meine drei favoriten:

    http://www.hobbyking.com/hobbyking/store/__24723__Hobbyking_KK2_0_Multi_rotor_LCD_Flight_Control_Board.html

    http://hobbywireless.com/index.php?main_page=product_info&cPath=34&products_id=734

    http://store.diydrones.com/ProductDetails.asp?ProductCode=BR-APMPWRKT-TELEM433

    der erste link ist etwas ganz grundlegendes ist aber genause stabile in der luft wie der preis :/

    der zweite link ist im grunde das selbe nur das es vieeeeeel stabiler ist, kostet aber auch mehr

    und der dritte link ist ein kompletter auto pilot den man mit hilfe einer eigenz entwikelten software und 433mhz telemtrie auch vom laptop aus steuern kann

    hoffe ich helfe ein wenig
    lg fabian

  3. Interessante Projekte hier. Meine deutschen Ausdruck begrenzt ist, aber ich kann lesen Sie einige oder die meisten. Trotzdem, mein aktuelles Projekt ist eine kleine acht Fuß Spannweite Modell Flugzeug. Die Berechnungen Seite ist eine Java Anwendung – nicht von mir – aber hilfreich in wing Dimensionierung für die Flight Envelope und Gewicht, um die Leistung zu maximieren.

     

     

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