Mikrokopter in Aktion

Nachdem wir vor über eine Woche nochmals etwas fliegen waren ist uns beim ersten Flugversuch (diesmal ohne Höhenregelung) der Mikrokopter gleich nach dem ersten Start ziemlich in den Boden gestürzt und es musste vor weiteren Flugtests erst ein Motor sowie der Ausleger ersetzt werden.

Gestern früh waren dann endlich alle Teile angekommen und montiert, so dass wir uns auf den Weg machen konnten. Diesmal hatten wir uns als Startplatz eine Wiese etwas außerhalb des Ortes ausgesucht um nicht gleich in irgendwelche Gärten zu landen. Mit den ersten beiden Akkuladungen konnten wir uns erfolgreich ohne Höhenregelung beweisen und Fabi und hat super Photos von uns und dem Mikrokopter gemacht. Anschließend war eine Mittagspause zur Stärkung von uns und den Akkus angesagt.

Zur zweiten Runde haben wir dann noch Robin eingepackt und sind wieder auf diesselbe Wiese zurück gegangen. Beim ersten Flug haben wir meine alte Sony Digital-Kamera unten am Akku befestigt und im Video-Modus gestartet. Aber seht selbst (und nicht das Ende verpassen):

Mikrokopter mit Photo

Die erste Akkuladung war wieder schnell und erfolgreich verflogen. Bei der Zweiten haben wir dann Robin versuchen lassen und nach wenigen Sekunden Flug war die Bruchlandung perfekt. Also war Zwangspause angesagt um die gebrochenen Center-Plates zu ersetzen.

Im dritten Anlauf des Tages war es dann schon etwas windig, aber wir wollten trotzdem solange noch etwas Sonne da war eine Flugversuch wagen. Nach zwei erfolgreichen Flügen ist er dann beim dritten Flug etwas zu hoch gekommen (Fabi wollte einem Baum ausweichen) und der Wind hat ihn dann ziemlich schnell erfasst und in Richtung Westen mitgenommen. Rettungsversuche seitens Tobi halfen auch nicht, und so rannten wir dem Mikrokopter hinterher um ihn nicht aus dem Sichtfeld zu verlieren.

Nach etwa 150 m hat ihn dann auch Robin als Letzter aus den Augen verloren und uns blieb nicht anderes übrig als blind zu versuchen ihn möglichst langsam Richtung Boden zu bringen.

Karte mit Startpunkt und vermutetem Landegebiet

Mikrokopter in Dachrinne

Anschließend war Suchen angesagt: Wir teilten uns alle auf und liefen alle Straßen, Wege und Wiesen ab die wir als mögliches Landegebiet auf die Schnelle ausmachen konnten. Natürlich Fehlanzeige! Trotz vieler hilfricher Passanten, die aber allesamt nicht gesehen und gehört hatten, war der Mikrokopter nirgends zu hören und zu sehen. 2 Stunden später brach die Dunkelheit herein und so mussten wir die Suche erstmal abbrechen.

Jetzt druckten wir Info-Zettel und verteilten dieso anschließend noch an alle Haushalte, welche wir im “Landegebiet” vermuteten.

12 Stunden später, kam dann der erlösende Anruf! Jemand hatte unsere Mikrokopter in Nachbars Dachrinne gesichtet. Wir packten die Aluleiter ins Auto und fuhren hin.

Auf dem Weg zum Haus lag schon ein Teil der Abdeckung des Mikropters zu unseren Füßen. Wir konnten den Mikrokopter aber dann schließlich doch als fast Ganzes bergen (die Haube und den Empfänger haben wir leider verloren): Überraschenderweise waren alle 4 Auslager noch ziemlich gerade, aber die Hauptplatine ist etwas krum und angebrochen. Die folgenden Untersuchen werden zeigen, wie groß der Schaden ist.

Mikrokopter nach dem Crash

Dann ging es mit 2 Akku-Packs in den Garten. Die ersten 4 Flugversuche waren noch im engeren Teil des Gartens und so machte der Mikrokopter Bekanntschaften mit allerlei Gewächs. Nach dem der Akku der Fernbedienung gleich anfing schlapp zu machen (er kam wohl ungeladen) war erstmal noch eine kurze Zwangspause zum Aufladen angesagt.

Anschließend gingen wir wieder in den Garten und suchten uns diesmal die deutlich größere Wiese hinter dem Haus aus. Damit wir nicht aus dem hohen Gras starten müssen, haben wir ein Brett als kleine Startplattform missbraucht. Nach ein paar weiteren Fehlversuchen und erneute Kalibrierung klappte es dann schließlich!

Mit viel Gas schaffte es Markus aus der kritischen Zone über dem Boden heraus zukommen und konnte erste Manöver üben. In den anschließenden Flügen haben wir noch ein paar harte Landungen hingelegt und den Rest der Vegetation besucht.

Aber schaut selbst:

Um die Spannung auszuwerten ist der Luftdrucksensor mit einem der A/D-Wandler Eingänge des Atmel Mikroprozessors verbunden. Da nur relativ kleine Druckänderungen erwartet werden ist der Luftdrucksensor über einen nichtinvertierenden Operationsverstärker verbunden, dessen Nullpunkt so verschoben werden kann, dass die zu messende Spannung in den Messbereich des A/D-Wandlers fällt der dank externe Referenzspannung einen Messbereich von 0-3 V besitzt. Der Verstärker hat einen Verstärkungsfaktor von

Der A/D-Wandler wandelt die Spannungen zwischen 0 V und 3 V in Digitalwerte zwischen 0 und 1023 um (10 Bit Auflösung). Wir erhalten also

Die Software der Flight-Ctrl liest diese Werte regelmäßig aus und mittelt darüber. Die Routine funktioniert schematisch (Die genaue Routine findet sich z.B. hier. Vielen Dank an killagreg für die Erklärungen.)

tmp_pressure = 0;
count = 0;
while (true) {
  tmp_pressure += ADC;
  if (++count >= 5) {
    tmp_pressure /= 2;
    pressure = tmp_pressure;
    tmp_pressure /= 2;
  }
}

Bei ersten Mal wird also der Wert des A/D-Wandlers fünfmal aufsummiert und anschließend durch 2 geteilt. Nun wird immer der neue Druck mit Hilfe des alten berechnet in der Form

Die Folge konvergiert im Grenzfall gegen

Die Software verstärkt also den eingelesen Wert nochmals um den Faktor 10/3. Also erhalten wir insgesamt einen Wert von

Machen wir nun eine kleine Testmessung bei der wird den ADC Wert auf dem Boden auf 0 setzen und heben nun den Mikrokopter bis zur Decke und wieder herunter so erhalten wir mit Umrechnung folgendes Diagramm:

Die barometrische Höhenformel gibt eine Beziehnung zwischen Druck und Höhe an:

Bestimmt man die Inverse so läßt sie aus Druck die Höhe bestimmen:

Gehen wir jetzt idealerweise von aus, das unser Kopter am Anfang bei 0 m Höhe stand so erhalten wir als Zimmerhöhe:

Das ist zwar etwas zuviel, aber wir befinden uns ja auch nicht direkt auf Meereshöhe. Trotzdem ist es erstaunlich, dass der Luftdrucksensor Druckänderungen in dieser Größenordnung messen kann.

Roxxy Mitnehmer

Da die Propeller-Mitnehmer aus dem Lieferumfang meiner Roxxy 2827-34 Motoren nicht wirklich gut auf und zu zu schrauben waren und sie auch keine Mutter für die Mitnehmer der Propeller EPP1245 haben, habe ich mir die alternativen Kombi- Propellermitnehmer 0845 & 1245 aus dem Shop bestellt. Die EPP1245 Propeller passen perfekt auf diese und außerdem sollen sie im Gegensatz zu bisherigen Mitnehmern auch viel weniger Unwucht haben.

Die Mitnehmer werden mit drei M2 Schrauben auf der Motorglocke befestigt, welche ebenfalls im Lieferumfang des Roxxy Motors waren. Diese relativ kurzen Schrauben sind allerdings Kreuzschlitzschrauben und nach zwei bis dreimal öffnen haben bei mir einiges von ihnen schon die erstes Schäden vom (schlechten?) Schraubendreher. Da die Schrauben eigentlich mit Schraubensicherungslack versehen werden sollten, gehen sie dann noch schwerer wieder auf.

Kombi- Propellermitnehmer 0845 & 1245

Daher habe ich mich entschieden alternative Torx-Schrauben zu bestellen, da ich hiermit viel bessere Erfahrungen gemacht habe. Bei inox-schrauben.de bin ich dann fündig geworden: ISO 14580 A2 M 2X6 TX6 für 0,16 € das Stück.

Nachdem vorgestern schon die neuen Mitnehmer kamen, sind heute auch die Schrauben eingetroffen und so konnte ich mich an die Montage wagen. Der Kauf der Schrauben stellte sich sofort als eine sehr gute Idee heraus. Das befestigen der Mitnehmer war ein Kinderspiel.

EPP1245

Anschließend wurden dann die Propeller aufgesetzt und mit der beim Mitnehmer beiliegenden Inbus-Schraube und eine M3 Mutter befestigt. Die Mutter habe ich dazwischen gemacht, da der Schraubenkopf nur unwesentlich größer als das Loch im Propeller ist und sich die Schraube dann in das Loch reinbohrt.

Mikrokopter

Vor ein paar Tagen habe ich im Internet mikrokopter.com entdeckt, auf der es um eine Fluggerät mit vier Propellern (daher der Name Quadrokopter) geht. Mit vier Modellbau-Motoren und reichlich Intelligenz in einem Atmel Mikroprozesser fliegt die auf den ersten Blick einem Ufo ähnlich sehende Konstruktion erstaunlich stabil. Das musste ich auch ausprobieren!

Nach reichlich Recherche was es sonst noch in diese Richtung an Projekten im Internet gibt und intensive Beratung mit Fabi habe ich beschlossen mir auch einen Bausatz zu ordern. Vor einer Woche kamen dann alle Teile und die letzten Abende haben Fabi und ich dann mit dem Zusammenbau und ersten Tests verbracht. Da wir bisher die Anschaffung der relativen teuren Fernbedienungen gescheut haben und auch noch kein Akku-Pack haben, ist der Mikrokopter noch per Kabel mit dem Boden verbunden und kann daher auch noch nicht sehr hoch fliegen.

Low-Cost-Fernbedienung

Die Signal für den Mikrokopter die sonst aus dem Fernbedienungsempfänger kommen, simuliert bei uns ein weiterer Atmel-Mikroprozessor, der am ersten Abend noch mit Soll-Werten vom PC aus per RS232 gefüttert wurde. Da hier eine Steuerung aber nur sehr träge möglich waren, haben wir uns für den nächsten Flugversuch eine kleine Platine mit zwei 2D-Potis zusammen gelötet, welche der Mikrocontroller dann per AD-Wandler auswertet. So ist zumindest eine sehr einfache und günstige Fernsteuerung möglich um erste Erfahrungen zu sammeln.

Testflüge auf dem Parkplatz

Nach zwei Abenden erster Flugversuche im Zimmer haben wir uns dann gestern mittag auch mal auf den Parkplatz draußen gewagt. Mit etwas mehr Platz funktioniert es dann auch schon deutlich besser. Im Nachhinein haben festgestellt, dass wir wohl lieber gleich draußen mit viel Platz angefangen hätten, da es wirklich viel einfacher ist. Das Fliegen in etwas Höhe über dem Boden soll wohl auch viel einfach sein, aber hierfür ist unsere Kabellösung nur sehr beschränkt geeignet, so dass wir uns jetzt doch um eine richtige Fernbedienung kümmern.