Das schmuffligste Blog der Welt

Nachdem der Drucker nunmehr alle Teile ausgespuckt und der Zoll die Bestellung vom Hobbyking freigegeben hat, kann es nun an die Montage gehen.Es sollten diese Rahmenteile vorliegen:
– Platte unten (die mit den Ösen und der Servohalterung)
– Platte oben
– Vier Arme (ggf. plus vier Füße)
– Gehäuse für HKpilot (zwei Teile)
– Gehäuse für GPS (zwei Teile)

Rahmen montieren
Als Flugrichtung „nach vorne“ habe ich die Seite festgelegt, wo später irgendwann die Kamera befestigt wird. Also ist „hinten“ bzw. „rückwärts“ die Seite der Platten, die die rechteckigen Elemente enthält:

Die Montage ist ganz simpel. Untere Platte auf den Tisch legen (Servohalterung zeigt nach unten!), Arme auf die jeweiligen Löcher ausrichten, obere Platte auflegen und mit jeweils zwei der M4x50 Schrauben durch die beiden äußeren Löcher befestigen. Unter die Mutter eine Scheibe legen:

Elektronik vorbereiten
Auf dem HKpilot JP1 entfernen und gut aufheben, da wir bis auf die Servos alles mit dem Power Module versorgen sollte der offen sein. Dann ins Gehäuse einbauen. Dabei darauf achten, dass die Eingänge (Input) nach vorne, also in Flugrichtung zeigen werden. In das kleine „Kästchen“ im Gehäuse sollte man etwas Watte, Schaumgummi oder ähnliches stecken, damit der Drucksensor etwas abgedeckt ist. Das Gehäuse einfach mit ein paar Kabelbindern zuziehen. Anschließend das GPS ins Gehäuse einbauen, damit es nicht so drinnen herumklappert, einen Tropfen Heisskleber nehmen und die beiden Platinen sichern. Die Antenne muss logischer Weise nach oben Zeigen 🙂 Das Gehäuse kann mit Heisskleber oder ein paar Tropfen Sekundenkleber verschlossen werden.

Der HK Pilot wird nun schon einmal mit den Empfängerkabeln bestückt. 5 Stück lagen der Turnigy 9x bei, also die Eingänge  1-5 dafür verwenden. Masse (schwarzes Kabel) zeigt dabei nach außen/vorne. Wenn ihr die Turnigy 9x auf openTX umflasht, könnt ihr die Kanäle am Sender frei belegen. Wenn ihr das nicht vorhabt (wieso auch immer, lohnt sich aber!), dann müsst ihr die Inputs ggf. später nochmal tauschen, damit alles passt.
Danach stellen wir den HKPilot erst mal zur Seite.

Motoren montieren
Nun geht es an die Montage der Motoren. Jeder Motor wird mit dem zugehörigen Accessory Pack für die Aufnahme der Propeller vorbereitet.
Danach das silberne Kreuz oben auf die Arme legen und zwar so, dass die Löcher passen 😉 Ich verwende das Kreuz in der Hoffnung, dass es ggf. entstehende Wärme der Motoren aufnehmen kann. Denn ab 40-50°C wird das PLA weich 😉 Außerdem wird so die Auflagefläche der Motoren vergrößert.
Anschließend werden von unten die M3x8 Schrauben reingedreht, bis sie gerade so oben wieder rausschauen. Dann den Motor aufsetzen. Wenn man von oben auf den Arm sieht, steht das Kabel auf 11 Uhr:

Dann vorsichtig von unten festschrauben. Achtung, nicht überdrehen! Nach fest kommt ab!
Alle Motoren sollten beim oben drauf schauen nun in derselben Position befestigt sein.

Controller montieren
Alsdann können die Motorcontroller (ESCs) befestigt werden. Je nach Geschmack kann das auf oder unter den Armen erfolgen, ich habe das unten drunter erledigt.
Beim Anschluss der Motoren an die Controller muss beachtet werden, dass zwei Motoren im und zwei gegen den Uhrzeigersinn drehen müssen. So werden die Drehmomente ausgeglichen und der Copter fliegt später stabil. Das kann man entweder über ein umflashen der ESCs erreichen (KK Multicopter Flashtool) oder ganz einfach über das vertauschen der schwarzen und gelben Anschlusskabel. Das Drehstrom-Wechselfeld ist dann nämlich einfach andersrum polarisiert und der Motor dreht in die andere Richtung. Welche Motoren müssen wie rum drehen? Dazu gibt es im Arducopter Wiki ein schönes Bild. Wir haben einen X-Frame, also müssen (wenn man von oben in Flugrichtung schaut) die Motoren 3 und 4 im Uhrzeigersinn drehen. Also bei diesen die gelben und schwarzen Anschlusskabel vertauschen. Wenn ihr das verwechselt ist nicht schlimm, das kann man später im Testlauf noch korrigieren. Dazu dann die Kabelbinder vlt. nicht ganz so fest ziehen 😉

Spannungsversorgung einbauen
Die Controller werden dann ganz einfach an das Quadcopter Power Distribution Board angeschlossen. Das legt man mit der gummierten Seite erstmal unten in den großen Zwischenraum rein und macht die Anschlüsse. Dabei auf richtige Polarität achten. Wenn man von oben in Flugrichtung draufschaut, dann sollte der Eingang des Boards auf vier Uhr an der Seite liegen. Hier wird dann nämlich gleich das Power Module angeschlossen (ich habe es eingeschrumpft, damit nichts passiert) und auf dem Arm vorne rechts mit Kabelbinder fixiert. Man kann das Stromverteilerboard noch mit Kabelbindern auf der unteren Platte fixieren, es hält aber durch die ganzen Kabel auch so ganz gut. Man muss halt schauen ob es dann ohne Kabelfinder ggf. zu stark vibriert und sich etwas abscheuert.
Den DF13 Stecker des Power Modules führen wir hinten raus, da kommt später der HKpilot dran. Ebenso verfahren wir mit den Kabeln die von den Controllern kommen.

HKpilot, Empfänger und GPS einbauen
Jetzt wird alles an den HKpilot angeschlossen. Das DF13 Kabel vom Power Module unten links, die Kabel vom Empfänger rechts (schwarz ist Masse und ganz nach außen), die Kabel von den ESCs/Motor Controllern links (braun ist Masse und wieder nach außen). Die GPS Maus wird mit dem DF13 rechts unten angeschlossen.
Hier eine Ansicht als Bild:

Der HKpilot im Gehäuse wird auf die Bodenplatte montiert und erstmal mit einem Kabelbinder fixiert. Die Kabel zum Empfänger werden durch das Loch in der oberen Platte geführt und mit dem Empfänger verbunden. Ebenso das dem Kabel der GPS Maus. Die Maus stellt man auf den Empfänger und zieht das ganze Paket mit einem Kabelbinder fest. So könnte das am Ende aussehen:

Die Antenne des Empfängers einfach unten mit einem Kabelfinder befestigen, damit sie nicht in die Propeller gerät.

Montage der Batterie
Bei den meisten Quadcoptern die man so sieht, ist die Batterie immer unter der Bodenplatte befestigt. Darüber kann man diskutieren. Ich finde die Vorstellung, dass  sich bei einer Bruchlandung, wenn die Füße oder Arme brechen, die Batterie in den Boden bohrt, nicht so erbaulich 🙂
Daher montiere ich meine Batterie auf der oberen Platte. Von oben in Flugrichtung betrachtet, wird die Batterie mit den Anschlüssen nach links oben montiert. Einfach ein paar Kabelbinder durch die obere Platte und die Batterie sachte fixieren. Hier kann je nach Gusto noch etwas Mossgummi mit eingebaut werden, damit sich nichts abscheuert und die Batterie schön gedämpft ist. Mit der Positionierung der Batterie kann man auch den Schwerpunkt des Copters gut ausbalancieren! Hinten zu schwer? Dann Batterie weiter nach vorne schieben. Erklärt sich eigentlich von selbst.
Ganz vorne auf der oberen Platte machen wir dann noch den Lipowarner mit einem Kabelbinder fest.

Fertig
Wenn alles montiert und fürs Erste fixiert ist, sollte der Quadcopter ungefährt so aussehen (Achtung: Propeller habt ihr noch keine drauf!):

Im nächsten Kapitel folgt das Einrichten vom HKpilot mit dem Mission Planner, das kalibrieren der Funke und der Motoren.

Im Gegensatz zur Zusammenfassung aus Teil 0 geht es hier nun richtig los! Am Ende dieses Beitrages werden alle Rahmenteile fertig vorliegen, die Elektronik etc wird bestellt sein.Wer (noch 😉 ) keinen 3D Drucker sein Eigen nennt, für den gebe ich einen zusätzlichen Link zum Kauf eines Rahmens an. Keine Angst, ein Rahmen für einen Quadcopter kostet kein Vermögen, mit ca. 20 EUR ist man für sehr gute Modelle dabei. Wenn allerdings etwas abbricht, dann hat man ggf. ein Problem und kann nicht einfach den 3D Drucker starten und hat 4h später einen komplett neuen Arm oder eine Bodenplatte.

Los gehts. Zuerst brauchen wir die 3D Modelle für den Ausdruck. Dank Thingiverse.com gibt es da inzwischen ja zahlreiche Möglichkeiten und einige Leute haben schon Teile für Quadcopter konstruiert und gratis veröffentlich. Am besten finde ich den „Crossfire“. Der ist klassisch. Die Abstände zwischen den Beinen sind identisch, es ergibt sich eine stabile, quadratische Grundform. Leider ist der „Stauraum“ zwischen oberer und unterer Platte recht gering. Das kann – je nachdem was man später noch einbauen möchte – ein Problem werden. Zum Glück hatte schon jemand ähnliche Bedenken und den Crossfire Arm etwas verändert. Im „Spyda 500“ finden wir einen Arm, der uns mehr Stauraum gibt.
Leider gibt es bei diesem Arm ein – meiner Ansicht nach – riesiges Problem. Das optisch ansprechende, sehr elegante Füßchen bricht extrem leicht ab, wenn man mal schief oder etwas härter landet. Ich habe daher diesen Arm mit einem CAD Programm (FreeCAD) nochmals verbessert und den Fuß stabilisiert und bei Thingiverse veröffentlicht: KLICK.

Wir sammeln uns also nun von allen Coptern die besten Teile zusammen und drucken:
4x Crossfire_Arm_thicker_3.0_stable.stl vom Spyda 500 (meine stabilere Version)
1x Top_Plate_Generic.stl vom Crossfire
1x Bottom_Plate.stl vom Crossfire

Für die Elektronik gibt es schöne Gehäuse bei Thingiverse, die laden wir uns auch gleich hier und hier herunter:
1x ARDUPILOT_CASE_BOTTOM.stl
1x ARDUPILOT_CASE_TOP_v2.stl
1x UBLOX_NEO_M6_CASE_BOTTOM.stl
1x UBLOX_NEO_M6_CASE_TOP.stl

Hier alle benötigten STL Files in einer ZIP Datei:  quadcopter_stls.zip

Update 27.01.14:
Als Alternative zu meinem stabileren Arm habe ich hier einen Arm mit austauschbarem Fuß erstellt.

Diese Modelle nun mit dem von euch bevorzugten Slicer sclicen und Drucken. Ich drucke die Gehäuse und Platten in schwarzem PLA, zwei Arme ebenfalls schwarz und zwei Arme in leuchtendem Rot. Auf diese Weise lege ich gleich die Flugrichtung für „Vorwärts“ fest und sehe auch recht schnell, wo beim Copter vorne ist. Das ist ungemein hilfreich 😉
Infill bei den Armen 50%, ggf. kommt man auch mit 33% noch gut weg.

Euer Drucker sollte jetzt drucken und somit können wir an die Bestellung der Teile gehen. Eine akzeptable Lieferquelle ist Hobbyking in China. Der der Kram heutzutage sowieso aus China kommt, kann man sich auch gleich alle Mittelsmänner sparen und direkt in China bestellen. Das kostet zwar 4.7% Zoll auf den Warenwert+Versandkosten (ist leider so) und auf diese Summe nochmal 19% Einfuhrumsatzsteuer, aber es lohnt sich dennoch!

Für den von mir vorgeschlagenen Copter brauchen wir:

1x Fernsteuerung und Empfänger, die Turnigy 9x ist eine 9 Kanal Anlage mit 8 Kanal Empfänger, komplett fertig
ALTERNATIV: Es gibt einen Nachfolger für die Turnigy 9x, die 9XR allerdings müsst ihr euch da selbst um Sendemodul und Empfänger kümmern sowie entsprechende Kabel. Im oberen Paket ist alles für den Start gleich mit dabei.
1x Microservo um damit ggf. später die Kamera zu steuern (kostet nur 2 EUR, direkt mitbestellen also)
1x onBoard Lipoly low voltage Alarm (auch nur 2 EUR und zerquetschte, macht immer Sinn)
3x Propeller 12×6 (1 Ersatzpropeller)
3x Propeller 12x6R (auch wieder 1 Ersatz)
ALTERNATIV: 2x Set mit je 4 12×4.5 Propellern
1x Batterie Adapter von 4mm HXT auf XT-60
1x Quadcopter Verteilerboard
1x NEO-6 GPS Modul
1x Power Modul für HK Pilot
1x HKPilot Modul (das ist ein Ardupilot Klon, baugleich)
4x Afro ESC Brushless Controller 30A
4x Zubehör Pack für Motoren
4x Motor NTM 28-30s 800kV
20x Schrauben M3x8 für Montage des Motors auf den Armen (müssten passen, ich hatte noch eigene)

Damit wären dann schon mal ca. $330 USD im Warenkorb.  Es fehlt noch der Akku, den bestellen wir aber besser im EU Lagerhaus, denn LiPo Versand aus China ist in letzter Zeit etwas unzuverlässig und man munkelt, der Zoll nörgelt da gerne mal wegen RoHS und dergleichen.
Das heisst, diese Bestellung jetzt erst mal so absenden (Paypal, siehe unten!), und als Versandmethode unbedingt DHL Global wählen! Das ist nicht nur günstiger ($40 USD) sondern die halsen euch nicht noch extra Zoll- und Phantasiegebühren für die Zollabwicklung auf. So müsst ihr beim Zollamt nur $330+$40=$370 verzollen. Grob sind das dann ungefähr
270.- EUR plus 4.7% Zoll = 283.- EUR + 19% Einfuhrumsatz = ca. 336.- EUR

OPTIONAL: Wer keinen 3D Drucker hat, kann einen Rahmen mitbestellen, der hier müsste für die 12″ Proppeller gerade so ausreichend sein.
Die Montagelöcher für die Motoren passen, Rest jedoch ohne Gewähr meinerseits 😉
1x Rahmen 500mm mit Landebeinen

Als nächstes bestellen wir den Akku im EU Warehouse:

1x Zippy Flightmax 5000mAh 4s1p Akku

Versand kann dann billigst aus Holland erfolgen, registered ist nicht nötig wenn ihr mit Paypal zahlt. Falls nichts ankommt, ist es über Paypal abgedeckt.

Nicht immer ist alles bei Hobbyking lieferbar, wenn ein Artikel auf Backorder steht, einfach ein oder zwei Wochen abwarten, dann geht die Bestellung in der Regel auch raus. Nach weiteren 1-2 Wochen bekommt ihr Post vom Zoll, dass ihr euer Paket bitte abholen sollt. Dazu dann die Rechnung von Hobbyking ausdrucken, ggf. noch den Paypal beleg und ab zum Zoll. Geld nicht vergessen. Mitunter kann man sich das sparen und dann kassiert automatisch der Postbote an der Tür. Kommt drauf an 🙂

Im Eisenwarenladen eures Vertrauens müssen dann noch besorgt werden:
8x Schrauben M4x50 (kein Senkkopf, am besten Hex oder Flachkopf etc), passende Scheiben und selbstsichernde Muttern.

Kosten alles in Allem: rund 385.- EUR

Weiter geht es in Teil 2 – Montage des Rahmens und Einbau der Elektronik

Ich bin schon seit jüngster Kindheit sehr an ferngesteuerten Modellen interessiert. Angefangen hat alles mit den Autos von früher™, dem Jet Hopper von Dickie oder dem Wildfang von Nikko. Später begann der Einstieg in Flugmodelle mit Verbrenner Motor, dem Robbe Charter oder dem WIK Charly.
Dazu musste man dann einem Verein beitreten damit man die Start- und Landebahn nutzen konnte. Die Plätze liegen immer außerhalb der Ortschaften, sodass das ganze Hobby aufgrund der dazu notwendigen Nutzung des „Taxi Mama“ und der ganzen Vereinsmeierei schnell eingeschlafen ist.

Weiter ging es dann mit einer Besinnung auf die Wurzeln, den RC Autos, und einem Einstieg in die Verbrennerautos mit dem Graupner Mini Impuls 2000. Ein sehr schönes Auto für die damalige Zeit. Aber Verbrenner erfordern Aufwand. Es muss Sprit gekauft werden (teuer), die Karre wird von Rizinusrückständen richtig zugesaut und auch Offroadfahrten hinterlassen ihre Rückstände. Alles in Allem, auch ein relativ großer, wenig erfreulicher Zeitanteil.

Nach etlichen Jahren Pause hat die Batterietechnik mit dem Aufkommen von Lithium-Polymer bzw. -Ionen Akkus wesentliche Fortschritte gemacht. Auch mit den neuen bürstenlosen Motoren kann man jetzt etwas anfangen und dann bin ich wieder eingestiegen. Über Silverlit X-Twin hin zu PicooZ bin ich zu den Hubschraubern gekommen. Da ist es nur noch ein kleiner Schritt bis zu den Quad- oder Multicoptern und ich baue inzwischen selbst.

Ich wollte schon lange einen großen, mächtigen Quadcopter bauen, der nicht nur sehr günstig (ich alter Geizkragen) sondern auch enorme Tragfähigkeiten hat, sodass auch die Ausrüstung mit einer Kamera und großen Akkus kein Problem darstellt.
In dieser Serie stelle ich mein Projekt komplett vor. Mit Bezugsquellen der Elektronik und Akkus, Sender/Steuerung und Empfänger, 3D Modellen zum Druck der Rahmenteile (alternativ Kauf eines fertigen Rahmens) bis hin zum Aufbau und der Konfiguration. Am Ende der Reihe wird ein fertiger, sehr einfach zu fliegender und bereits mit der Fähigkeit zum autonomen Flug vorhandener Quadcopter vor euch stehen.

Technische Details:

– Abmessungen von Arm zu Arm, ohne Rotoren: 52cm
– Höhe bis zu den Propellerspitzen: 14cm
– Gewicht ohne Kamera, inkl. Akku: ca. 1.600g
– Akku 5000mAh, 4s1p
– Flugzeit ca. 20-30min bei gemäßigtem Flug ohne Last usw.
– MTOW, theoretisch maximales Abfluggewicht mit 12×6 Propellern: 4.800g
– Elektronik auf Basis eines Ardupilot Klons mit Gyro, Kompass, GPS, Barometer
– 9 Kanal Sender, 8 Kanal Empfänger
– 4 Bürstenlose (Brushless) Controller 30A mit SimonK Firmware
– 4 Brushless Motoren 300W 800kV
– 4 Propeller 12×6 (12 Zoll Größe, Steigung 6), alternativ 12×4.5
– Bodenplatte mit Aufnahmeplatz für ein Microservo und Buchsen für Kamerahalterung
– Möglichkeit eine weitere Topplatte zu montieren

Preis: <400 EUR

Fotos folgen.

Weiter geht es mit Teil 1, dem Herstellen der Teile und – weil es bis zur Lieferung etwas dauert – dem Bestellen der Elektronik usw.