QuadroKopter 2 (W25)

QuadroKopter 2 (W25) mit GoPro am TAROT 2-Axis-BL GimbalHier möchte ich meinen zweiten QuadroKopter vorstellen. Dieser QuadroKopter soll ein bisschen größer als mein QuadroKopter 1 (TD) sein und auch ein höheres Gewicht tragen können. Ziel ist es erste Luftaufnahmen damit zu machen.

In dieser Beschreibung wird nicht mehr alles so detailliert beschrieben wie bei meinem ersten QuadroKopter. Vieles ist bei diesem QuadroKopter identisch.

Eigenschaften

  • Warthox Frame mit 25cm Auslegern (50cm Achsabstand)
  • MW32 Flight Control (32bit Mikrocontroller)
  • T-Motoren MT2212-13 KV:980
    (Erst hatte ich die Suppo A2212/13 1000KV Brushless Outrunner Motoren verwendet aber diese waren für meine Ansprüche nicht ausreichend)
  • 10x4.5 Props
  • 20A Flyduino SimonK N-FET ESCs
  • GoPro Hero 3 Black Edition an einem TAROT 2-Axis Brushless Gimbal
  • Abfluggewicht 820g (inkl. Akku aber ohne GoPro und Gimbal)

Teileliste

FLYDUINO Shop

  • Flyduino MW32 v1 (Mittlerweile ist die FC in der Version 2 verfügbar)
  • 4x T-Motoren MT2212-13 KV980
  • 4x Flyduino NFET (HEXFET) 20A ESC SimonK Firmware
  • Quadrokopter Rahmen Set - 25cm arm (Warthox Frame)
  • Deckplatte Schwarz matt
  • Landegestell Hoch
    Dieses wird nur benötigt wenn ein Gimbal montiert werden soll. Wenn nicht reicht ein einfaches Landegestell (z.B. Landegestell für Quad)
  • 2x 10"x4.5 Carbon verstärkte Propeller Schw. Set 2 CW und 2 CCW
  • 2x 10cm LED Streifen Blau, selbstklebend, schwarz PCB, IP65 (PR1042)
  • 2x 10cm LED Streifen rot, selbstklebend, IP65 (PR1041)
  • XT60 Stecker und Buchse
    Benötigt wird nur der Stecker und der auch nur wenn entsprechende Akkus verwendet werden.
  • Stiftleiste 40x3 90° gewinkelt
  • 2M AWG 12 Silikon Kabelset Rot Schwarz je 1M
  • 10 Meter Silikon Kabel Sets AWG20/0,8mm schwarz und rot, je 5 Meter
  • 4,5/7 cm Servokabel female to female
    Wenn der Empfänger nicht genau unter der Flight Control platziert wird, muss eventuell ein längeres Servokabel benötigt. Hier bietet sich vielleicht das "8,5/11 cm Servokabel female to female" an.
  • 8,5/11 cm Servokabel female to female, 1 Stück
    (Optional für Videoaufnahmen wenn das Gimbal über den Sender angesteuert werden soll.)

Reichelt

  • 4x 30mm Distanzhülsen Metall
  • 4x 10mm Distanzhülsen Metall
  • 4x 15mm Distanzbolzen Metall
    Alternativ können die 15mm Distanzhülsen Metall auch aus Kunststoff sein. FLYDUINO hat auch welche aus Alu in verschiedenen Längen verfügbar aber diese Kosten recht viel. Wo es auf jedes Gramm ankommt, empfehle ich die aus Alu.
  • Schrumpfschlauch (verschiedene Durchmesser)
  • 40pol. Stiftleiste, gewinkelt, RM 2,54 (1-reihig)
  • 40pol. Stiftleiste, gerade, RM 2,54 (1-reihig)
  • 20pol. Buchsenleiste, gerade, RM 2,54, H: 8,5mm
  • Kabel (Kupferlitze) verschiedene Farben
    Für die LED Streifen.

Sonstiges

  • Klettband-Gurt für LIPO-Befestigung ca. 20cm
  • Kabelbinder
  • Empfänger
    (Ich verwende einen Graupner GR12.)
  • Gimbal
    (Optional für Luftaufnahmen)
    Ich habe ein TAROT 2-Axis-Brushless Gimbal. Hiermit muss ich allerdings noch einige Erfahrungen sammeln. Es haben einige Probleme mit diesem Gimbal. Ihr könnt euch bei meinem ersten Luftaufnahmen ein Eindruck von der Qualität verschaffen.
    • 10mm 90° gewinkeltes Aluprofil für Gimbalhalterung
    • 6mm M3 Inbusschrauben + selbstsichernde Muttern für Gimbalhalterung
    • 4x 15mm Distanzhülsen für Gimbalhalterung
  • GoPro Hero 3 Black Edition
    (Optional für Luftaufnahmen)

Zusammenbau

Da mein QuadroKopter 1 (TD) sehr ähnlich im Aufbau ist, möchte ich nur auf Details eingehen, die erwähnenswert sind. Nutzt bitte das Kontaktformular wenn doch noch offene Fragen sind.

Die benötigten Werkzeuge sind auf der Seite zu meinem erstem QuadroKopter hier aufgelistet. Bis auf das USB Kabel ist diese Liste immer noch aktuell. Einzig das Mini-USB Kabel muss durch ein Micro-USB Kabel getauscht werden.

Rahmenzusammenbau

WARTHOX 25cm FrameDer Rahmen Ist ein Standard WARTHOX Frame mit 25 cm Alu Ausleger. In dem Bild rechts ist zu sehen, wie die ESCs und die Akkustromversorgung an die Stromverteiler Centerplate angelötet sind. Zusätzlich sind noch zwei AGW 20 Kabel angelötet. Eines davon nutze ich für die Versorgung der LED-Strips und das andere ist für die Überwachung der Stromversorgung mittels der Flight Control.

Die ESCs sollten so nah wie möglich an der Centerplate liegen. So wird vermieden, dass sich diese später unter den Propellern befinden und somit den Luftstrom negativ beeinflussen.

Ist das soweit fertig, können die Alu Ausleger montiert werden. Dabei ist die zu sehende Seite im Bild die untere Seite der oberen Centerplate.

MW32 Board

FLYDUINO MW32 Flight ControlIm Bild rechts ist die Bestückte Flight Control (FC) MW32 zu sehen. Ich verwende noch die Version 1 der FC. Mittlerweile gibt es auch schon die verbesserte V2.
Da ist links der 3 polige Anschluss für den Empfänger, welcher mittels PPM mit der FC kommuniziert.
Oben im Bild sind dann die Anschlüsse der ESCs. Hier ist darauf zu achten, dass die FC über einen der ESCs mit Strom versorgt wird. Bei den 3 anderen ESCs darf nur das Signalkabel angeschlossen werden.
Rechts oben ist dann der Anschluss für einen Buzzer oder wie in meinen Fall eine LED Strips Ansteuerung angeschlossen. Diese zeigt mir wann der Akku keine Leistung mehr hat und es Zeit wird zu landen.
Der andere Anschluss rechts ist für die Spannungsüberwachung. Hier macht es Sinn auch eine Steckverbindung zu nutzen. Die von mir verwendete Steckverbindung G3.5 ist übertrieben. Hier würde eine 2er Buchsenleiste, wie auf dem darüber liegenden Anschluss zu sehen, völlig ausreichen.
In der Mitte befinden sich noch die Anschlüsse für RS232. Diese werden benötigt wenn z.B. ein Serial2Blutooth Adapter anstatt der USB Verbindung für die Konfiguration verwendet werden soll. Auf dem Bild sind die PINs noch nicht bestückt, was aber mittlerweile getan ist. Dazu gehören einmal RXD & TXD und dann noch VCC & GND. Siehe dazu auch im MW32 Manual.

FC Turm

QuadroKopter FC-TowerIm Bild rechts ist der FC-Turm komplett dargestellt. Ganz unten unter der FC ist der Empfänger (Graupner GR-12). Dann kommt die FC selber, welche durch eine Deckplatte ein bisschen geschützt wird.

Später nutze ich die Deckplatte auch um z.B. ein GPS Modul darauf zu befestigen.

Gimbal

TAROT 2-Axis Brushless GimbalUm das TAROT 2-Axis Brushless Gimbal an dem Quadrocopter zu befestigen, muss ein Befestigung gebaut werden. Ich habe dazu 10mm 90° gewinkeltes Aluprofil genommen. Dieses ermöglicht mir eine relativ einfache Montage bzw. Demontage. Die Befestigung ist auf den Bildern weiter unten zu sehen.

Das Gimbal lässt sich auch mit dem Sender auf der Tilt-Achse verstellen. Benötigt wird dazu ein freier Kanal am Sender und Empfänger. Dieser kann auf ein Poti oder mehrstufigen Schalter gelegt werden. Die Signal Leitung vom Empfänger wird auf T und GND des Empfängers wird auf - (Minus) des Gimbal gelegt.

Das Gimbal ist direkt an den Empfänger angeschlossen. Da der Empfänger GR-12 nur 6 Kanäle hat und davon der Kanal 6 für PPM und der Kanal 5 für Sensoren wie GPS/VARIO genutzt wird, habe ich das Gimbal an den Kanal 4 angeschlossen. Da dieser eigentlich von YAW verwendet wird muss es eine Kanalanpassung geben. Dazu habe ich am Sender bei Kanalzuordnung den Kanal 6 auf Ausgang 4 und Kanal 4 auf Ausgang 6 eingestellt.
Hinweis: Damit das MW32 Board die neue Zuordnung versteht muss dort ein angepasstes Mapping eingetragen werden.

Software und Konfiguration

  1. Software Flashen
    Auf meinem MW32 Board war eine Version vom Januar 2013 vorinstalliert. Diese hatte allerdings Probleme mit dem Baro gehabt. Aus diesem Grund habe ich die Baseflight Version 20130206 aufgespielt. Diese funktioniert rundum zufriedenstellend.
    Das Flashen mittels der Eingabe 'R' hat nicht funktioniert. in solchen Fällen ist es möglich über das Brücken der beiden PADs auf der MW32 FC den Controller in den Flash Modus zu bekommen. Folgende Schritte müssen durchgeführt werden:
    1. USB Kabel entfernen
    2. FC abnehmen und beide PADs verbinden
    3. USB einstecken (rot und blau muss leuchten)
    4. Mit dem Tool Flash Loader Demo die Software flashen. Details darüber sind auch in dem Manual der Naze 32 verfasst.
  2. MW32 Konfiguration im CLI
    Mit z.B. Putty ist es möglich eine serielle Verbindung aufzubauen. Dazu muss die Baudrate auf 115200 Baud und 8 N 1 eingestellt sein.
    In das Konfigurationsmenü gelangt man mit der # Taste. Folgende Einstellung habe ich vorgenommen:
    1. Enable PPM (feature PPM)
    2. Channel Map für Graupner Mode 2 (map TAER1234)
      Mit dem Gimbal muss ein angepasstes Mapping verwendet werden.
    3. VBAT Überwachung aktivieren (feature VBAT)
    4. Zellspannung für Akkuüberwachung auf 3,5V (set vbatmincellvoltage=35)
      Bei einem 3S Akku sind das 10,5V. Normalerweise würde ich eine Zellspannung von 3,6V/Zelle wählen. Aber dadurch, dass bei laufenden Motoren die Spannung einbricht bzw. im Vergleich zum unbelasteten Zustand niedrigerer ist, wurde die 3,5V eingestellt. Der Alarm ist dann aber auch nur in der Luft relevant. Sind die Motoren vom Quadrocopter aus und der Alarm erscheint, ist die Spannung schon sehr niedrig.
    5. Max. Throttel auf 1950 (set maxthrottle=1950)
    6. Failsafe aktivieren (feature FAILSAFE)
    7. Failsafe Gas höher stellen (set failsafe_throttle=1400)
    8. Sensor MPU6050 auswählen (set acc_hardware=2)
      Per Default ist der Automatik-Modus aktiviert. Da das MW32 Board zwei Beschleunigungssensoren hat, wird automatisch der MMA8452 gewählt. Der MPU6050 ist nach meiner Erfahrung aber genauer. Mit dem MMA8452 kippte der Kopter immer leicht in der Luft.
    9. Lowpassfilter des Beschleunigungssensor auf den Faktor 100 stellen (set acc_lpf_factor=100)
  3. MultiWii Konfiguration
    Zuletzt müssen noch die PIDs konfiguriert und Sensoren kalibriert werden. Das geht mit dem MutliWii Konfigurationstool (MultiWiiConf 2.1).
    1. Sportliche Konfiguration der PIDs und Rates (Nicht unbedingt für Kameraaufnahmen geeignet)
      • PITCH/ROLL P=4.5 (default 4.0), Rate=0.30 (default 0.00)
      • YAW Rate=0.60 (default 0.00)
      • RATE (PITCH/ROLL) = 1.20
      • EXPO (PITCH/ROLL) = 0.65
    2. Magnometer kalibrieren
      • CALIB_MAG drücken und in den nächsten 30s die folgenden Drehungen durchführen
      • drehen um die YAW Achse
      • drehen um die Pitch Achse
      • drehen um die Roll Achse
    3. Beschleunigungssensor kalibrieren
      • Grob ausrichten (z.B. Wasserwaage) und CALIB_ACC drücken
      • kurz warten (5s)
      • Später kann gegebenenfalls noch nachjustiert werden. Dazu müssen die Motoren aus sein und Throttle muss ganz nach vorne. Jetzt kann mit Pitch und Roll in die entsprechende Richtung nachjustiert werden.

Erweiterungen

Hier möchte ich noch Erweiterungen für diesen Quadrocopter vorstellen.

LED-Strips Ansteuerung für LiPo Überwachung

Da sich die MW32 FC von der NanoWii beim Buzzer Ausgang für die LiPo Überwachung unterscheidet, ist eine neue Platine für die Ansteuerung der LED-Stripes notwendig.

Um die Akkuspannung zu erfassen muss der Akku (3S LiPo) mit Plus und Minus an den V-Bat Eingang angeschlossen werden.

Um nun auch die LED-Stripes Ansteuern zu können wird ein Umwandler benötigt der das Signal der MW32 FC vom Buzzer Ausgang invertiert und die 12V der LED-Stripes schaltet.
12V LED-Stripes InverterRechts im Bild die ist Schaltung zu sehen die genau das macht. Benötigt wird nur ein 4K7 und ein 10K Widerstand, ein BC337 Transistor, ein paar Litzen in verschiedenen Farben und ein kleines Stück Lochrasterplatine. Optional kann auch noch eine 1A Sicherung auf die 12V gesetzt werden.

MW32 LED-Stripes Controller FrontMW32 LED-Stripes Controller Back