Projekt: Hornet

Liebe RN-Community

Ich schnöckere hier schon seit einer Weile in eurem Forum herum und ich dachte mir, dass dies hier der beste Platz für Fragen bezüglich meinem Projekt ist.

Vor ein paar Monaten hatte ich die Idee, ein Flugobjekt zu bauen, dass sich mittels vier nach unten gerichteter Luftschrauben in der Luft hält. In der Endausführung sollte sich die "Hornet" – der vorläufige Name für mein Projekt) – selbstständig austarieren und Live-Aufnahmen sowie Telemetriedaten aus der Luft liefern können. Zudem sollte das Gerät auf einige Entfernung steuerbar sein.

Somit stellen sich an das Projekt folgende Anforderungen:

• – Die Motoren sollten ein Gewicht von ca. 5kg tragen können
  – Die Hornet muss ihre momentane Kipplage beurteilen können
  – Es muss eine kabellose Verbindung zwischen der Kontrolleinheit und der Hornet bestehen, die a) eine möglichst tiefe Latenz besitzt und b) eine bestimmte Bandbreite zulässt.
  – Es muss sich eine relativ grosse Menge Energie an Bord der Hornet befinden, um den «Stromdurst» der verschiedenen Geräte stillen zu können.

Für einen vorläufigen Antrieb habe ich mich bereits entschieden. Aus Kostengründen müssen vier Elektromotoren herhalten:

Bild hier  
(Quelle: Conrad.ch)

Ein solcher Motor liefert 170W bei 7.2V. Hier sieht man schon: 4x ~20A > Der Stromverbrauch ist gigantisch. Nun gibt es jedoch ein Problem: Diese 4 Motoren müssen alle individuell regelbar sein, und das ziehmlich genau. Deshalb scheiden diese Regelsysteme, wie man sie aus dem Modellbau kennt, aus.

Meine erste Frage deshalb: Gibt es eine Möglichkeit, einen solchen Motor (DC @7.2V) über ein RN-Board zu regeln?

Das Board selbst würde eigentlich nur (nach meinem bisherigen Plan) "stupide" Kommandos empfangen und anschliessend parsen, um dann die verschiedenen Motoren anzusteuern.

Nun stellt sich jedoch zwangsläufig die Frage: Welche Übertragsungstechnik empfiehlt sich hier?

Erst dachte ich daran, die Hornet über ein handelsübliches 4 Kanal Funksystem fernzusteuern. Dies ist jedoch nicht möglich, da es keine Funkadapter für den Computer gibt. Zudem kommt man mit 4 Kanälen schnell an seine Grenzen. Dann bin ich hier auf diese WLAN Diskusionen gestossen. Ich habe mir auch diese Adapter angeschaut. Diese sehen recht gut aus. Das Problem wird nur die Bewegung sein. Auch die Reichweite ist ja nicht so prickelnd, sollte jedoch reichen (schliesslich bleibe ich auf Reichweite).

Für die Kipplage wird wohl ein Gleichgewichtssensor, wie er in diesen Microsoft Gamepads vorkommt, völlig reichen. Link (Amazon)

Bevor ich hier noch Bücher schreibe ;), möchte ich euch gerne einmal um eure Meinung fragen. Zu meinen Fähigkeiten: Ich habe keinerlei Erfahrungen mit diesen Boards. Ich bin jedoch in Sachen Programmieren recht fit und habe auch schon des Öfteren mit Modellbau zu tun gehabt.

Vielen Dank für's Lesen und eure Meinungen :)

mfG Lukas

Zu dem was du planst gibt es schon einige Ideen sie laufen alle unter dem Namen X-Ufo oder so.
Das teuerste wird die Sensorik zum austarieren, vergiss Ideen mit Kippschaltern ganz schnell wieder, das ist nicht sinnvoll bzw. liefert keine sinnvollen Ergebnisse.

Am besten erstellst du erst mal ein Konzept und präsentierst es uns, dann können wir draufschauen ob es funktioniert. So sparst du dir teure Fehlkäufe. Z.B. der Motor ist zwar ganz nett aber ich würde Modellbauflugzeugmotoren nehmen Brushless am besten selber gebaut (billig).

Les dir auch die Threads durch die sich mit den Thema beschäftigen:
https://www.roboternetz.de/phpBB2/vi...1386&start=264
https://www.roboternetz.de/phpBB2/viewtopic.php?t=20745

die beiden nur mal als anregung, wenn du bei Mechanik, fertige Roboter und Roboterprojekte und Roboter allgemein mal grob durchschaust wirst du schnell noch mehr threads dazu finden (die haben meistens eine zweite Seite).

Viele Proleme die du haben wirst sind dort bereits gelöst.

Überleg dir auch welche Probleme gelöst werden müssen, z.B.
- in die Luft (motoren, Energie, Gewicht)
- Aussehen bzw. Material
- Elektronik
etc.

Zum austarieren nochmal kurz, ich weis nicht ob das Gamepad eine kippt/kippt nicht ansteuerung hat oder ob es unterscheiden kann wie weit gekippt wird. Als nonplusultra für die Sensorik dafür darf wohl dieser Thread gelten:
https://www.roboternetz.de/phpBB2/ze...053&highlight=
Wenn du genau schaust siehst du, dass dieses Stück HighTech leider sehr teuer ist.


mfg Hanno

Hallo Hanno Hupmann

Vielen Dank für die schnelle Antwort und die Links. Ich werd mich dann mal Zeit nehmen, das ganze zu lesen :)

Also für die Stabilisation würde ich Dir einen Gyro empfehlen, wie man ihn aus dem Helikopter Modellbau kennt, ein solcher wird auch im X-UFO von Silverlit verwendet.

Als Motoren kommen nur Brushless in Frage, am Besten Außenläufer.

Für die Funksteuerung würde ich an Deiner stelle eine normale Serner/Empfänger Anlage von Grauper verwendet.
Für die Übermittlung der Telemetriedaten kann ich Dir die Module von http://www.maxstream.net empfehlen.

Hallo Tucow

Vielen Dank für die Antwort. Nur, warum brushless Motoren? Was ist gegen die Brushed einzuwenden?

Danke für die Links! :)

mfG Lukas

Brushless Motoren haben einen höheren Wirkungsgrad, d.h. mehr auftrieb für weniger Energie. Die neueren Brushless Motoren haben glaub ich um die 70-80% und die normalen mit Bürsten um die 50-60% Wirkleistung.

Wenn es also darum geht effizient zu sein sind die ganz brauchbar. Ein komilitone hat letztens einen selbstgebauten präsentiert. Sollte also nicht so schwer sein.

Die Drehfrequenz der Außenläufer ist auch niedriger, womit sich gegenüber den hochdrehenden Car Motoren ( sieht auf der Abbildung jedenfalls stark danach aus) der Vorteil ergibt das ein Direktantrieb recht großer Luftschrauben ohne den Einsatz eines Getriebes möglich ist.
Hochdrehende kleine Luftschrauben sind meiner Meinung nach nicht so sonderlich für ein recht langsam fliegendes Objekt sinvoll, da die Wikungsgrade dadurch noch weiter Richtung Keller fallen.

Hm.. Also der WG dieses Motors liegt über 60%. Ich dachte eben, dass die Brushless zu wenig Power bieten, für das, was ich tun möchte.

Wie im groben Plan ersichtlich ist (Attachment), möchte ich ein relativ grosses Gerät bauen. Das was ich bisher so gesehen habe, war ja recht klein. Zudem sollte das Ding Lasten von 1-2kg tragen können. Später wird es dann auch (wegen der Laufzeit) mit Benzinmotoren betrieben. Das mit den Elektromotoren ist deshalb eh "nur" eine vorübergehende Lösung. Deshalb kann ich auch mit dem evtl. etwas niedrigeren Wirkungsgrad leben.

@Tucow: Naja, ich möchte das Ding per Computer bedienen können (Laptop) und nicht mit diesen Fernbedienungen. Deshalb dachte ich an WLAN. Wenn diese Funkmodule von Maxstream jedoch eine angenehme Latenz besitzen, könnte ich diese ja gleich auch darüber steuern.

Ich hatte mir da das Modul XBee-PRO™ ZigBee OEM Module angesehen, was ziehmlich an das herankommt, was ich benötige.
Datasheet

Wegen der Stabilisation: Naja, da lege ich mich noch nicht fest. Ich schaue mir erst mal die Specs des Stabilisators von diesem Gamepad an, wie es sich mit dem verhält.

mfG Lukas


(bitte beachtet, dass der «Schaltplan» mehr schematischen Charakter hat. Dieser Teil des Projektes ist nur angedacht, noch nicht durchgedacht :) )

Brushless gibt es bis mehrere kW da wird schon was dabei sein. Nur der Preis ist meistens höher auch durch den benötigten Regler dafür. Der oben vorgeschlagene Motor dreht für meinen Geschmack aber viel zu hoch, wäre ja schon bald eher was für Impeller. Hohe Drehzahlen mit kleinen Luftschrauben sind bei langsam fliegenden Objekten meistens suboptimal.
Das Gewicht sollte meiner Meinung nach am besten im Schwerpunkt zu liegen kommen, um eine gleichmäßige Auslastung der Tragmotore zu unterstützen.
Verbrenner wird sicherlich auch nicht so einfach. E-Motoren sind von der Regelbarkeit um einiges vorhersehbarer und einfacher. Bei Tragflächenflugobjekten steht der Elektroantrieb dem Verbrenner um fast nichts mehr hinterher.

Naja, scheint wirklich kein Weg 'drum rum zu führen. Mal sehen was ich mit den anderen vier Motoren anstelle :).

Was haltet ihr von dem Motor? Ist ein brushless Aussenläufer mit 110W. An der Zellenanzahl denke ich 12V Spannung (1.2V/Zelle) abzulesen – stimmt das? :-s Der Preis geht in Ordnung mit CHF 50.- pro Stück (~31€).

Nur wie steuere ich diese Dinger nun an? Die Boards auf www.robotikhardware.de unterstützen nur Ströme bis 4A (der Motor hat ja einen Laststrom von 6-10A). Ich hoffe nur, dass ich nicht noch zusätzlich Regler kaufen muss..

mfG Lukas

Edit: Den leicht nach hinten gerückten Schwerpunkt gleiche ich durch die vorne gestutzten Motorarme wieder aus.

Na, ich glaube die rechnung mit 1,2V/Zelle haut nicht ganz hin, weil da steht: "speziell für Lithium-Polymer Akkus ausgelegt" Lipo's haben eine andere Spannung, welche genau weiß ich ned...

Zitat:

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Zitat von dundee12

Na, ich glaube die rechnung mit 1,2V/Zelle haut nicht ganz hin, weil da steht: "speziell für Lithium-Polymer Akkus ausgelegt" Lipo's haben eine andere Spannung, welche genau weiß ich ned...

---

Wären wohl diese hier sein. Ich habe die Rechnung gemacht:

Zellenzahl NiCd/NiMH: 6 - 10

Und so komme ich auf 12V (max.).

mfG Lukas

Anseuerung ist eigendlich sowas in der Art dreiphasiger Frequenzumrichter. Da wären wohl fertige Regler einfacher, gibt aber auch selbstbauregler für sowas. Um Lipos wird mann wohl auch schlecht rumkommen, da die Energiedichte um einiges höher ist als bei NiMH und vor allem NiCa Akkus.

@derFinne:

Also Du wirst mit Deinen hochdrehenden Car-Motoren keinen Erfolg haben. Die bekomst nie schnell genug geregelt.

Wenn überhaupt in der Größe, dann bist Du mit Brushless-Außenläufern gut bedient.

Der Grund für die Brushlessmotoren ist relativ simpel: Nur Elektromagneten mit hochwertigen Magneten (sogenannte Seltene Erden) sind in der Lage, bei hohen Strömen vernünftige Wirkungsgrade zu erreichen. Wenn du z.B. einen 08/15 Mabuchi der 540er Größe nimmst, hat der im Datenblatt zwar einen Wirkungsgrad von bis zu 80 %. Allerdings nur bei ca. 20 Watt. Sobald Du mehr Leistung verlangst, geht der Wirkungsgrad extrem runter. Ein Motor mit guten Magneten schafft da immer noch 80%. Du könntest natürlich einen viel größeren Motor nehmen, aber Du willst ja Fliegen. Der Gewichtsvorteil von einem Seltene-Erden-Motor liegt bei ca. Faktor 3!!!

Kleiner Tip noch: Bau was sehr, sehr kleines. Und schau auch mal nach BRAUN-Modellbau ...

Gruß
Jens

Achja: Das einzige was in der Leistungsklasse geht sind Steller, wie Sie für den RC-Flugmodellbau angeboten werden .... die kannst Du ja über PWM ansprechen ......

Gruß
JEns

Danke für die Antwort. Hast du den brushless gesehen, den ich gelinkt habe? Das ist ja kein Car-Motor.

Aber ich will ja nichts kleines bauen :(, ist das Projekt also unmöglich in der Grösse?

Also was hast Du Dir denn vorgestellt? Nenn doch bitte mal die Größe und das Gewicht ...

Ansonsten ist es unmöglich, Dir eine Empfehlung für einen Motor zu geben. Achja: Wer nicht immer zuviel zahlen möchte, dem empfehle ich kleinere Modellbauhändler:

Höllein
BAtt-man
usw


Gruß
Jens

@bart99 es wurde von einer Nuztlast von etwa 1kg bis 1,5kg geredet. Damit wird alles zusammen wohl leicht 2kg überschreiten. Die mit Propellern in die Luft zu bekommen dürfte schon nicht einfach werden.

@DerFinne, ich will dir nicht die Idee kaputt machen, wohl aber die Illusion nehmen. Was du vor hast wird ziemlich schwirig in der Umsetzung. An deiner Stelle würde ich das Projekt bis zum letzten Gramm und mit Sicherheit durchrechnen bevor ich auch nur ein Teil kaufe. Ansonsten kann es sehr schnell eine teure Fehlinvestition werden.
Um zu erreichen was du möchtest, wirst du sehr hochwertige Teile verwenden müssen, da dir nicht viel Spielraum für uneffiziente Komponenten bleibt. D.h. ich rechne mit Kohlefaserstoffen für den Rahmen, ich rechne mit teuren Brushless Motoren, entsprechender Regelung. Ich denke es wird auf sehr gute LiPos hinauslaufen und ähnliche Komponenten.
Ich hab letztens ne Seite gesehen (leider hab ich den Link nicht mehr) die ein X-Ufo für Bilder von oben gebaut haben, die hatten auch nahezu nur Top Komponenten verbaut.
Es wird also sehr teuer werden, wenn es am Ende funktionieren soll.
Daher noch mal mein Hinweis, erst durchplanen und dann bauen. So kannst du Fehlkäufe und Fehlplanungen bereits abfangen bevor sie an deinen Geldbeutel kommen.

Die Gamepadsensorik kannst du vergssen. Die Ansprecheziten dürften viel zu hoch sein.
Gyroskope sind nicht um sonst sehr teuer und vor allem ein Projekt wie deines scheint noch wesentlich sensibler zu sein als ein Hubschrauber du solltest auf ein Qualitativ gutes Gyro eines guten Herstellers gehen.
Auch eignet sich nicht das kleinste Gyro, da eine Stabilisierung um eine Achse nicht reichen wird. Ich denke 200€ musst du da planen.
Bei den Benzinern wird es schon daran scheitern dass du Mechanik hast du hast erstmal die zugegebenermaßen kleinen elektronischen Latenzen. mit diesen steuerst du ein Servo an (hier wirst du auf jeden Fall Digitalservos benötigen) und dann über einen Hebel den Motor selber. Ich denke das könnte viel zu träge werden.
Ich würde dieses Risiko auf keinen Fall eingehen. Hast du schon mal ein Flugmodell gebaut, eines geflogen udn wie gut bist du in Mathe. Das ist schon die Königsdisziplin was du dir da ausgesucht hast.

Gruß Tim

@Ls4

Warum das? Ich hatte bei diesem Gamepad nie Latenzen beim Zocken. Die Übersetzung war latenzfrei.

Ja, das mit den Benzinern ist klar. Muss ich wohl vergessen. Mein Budget beträgt ca. CHF 2000 (1200€). In Mathe bin ich recht gut :), war mein 2. bestes Fach bei der Matura (Abi). Ja, ich habe schonmal ein Flugmodell gebaut, dies war jedoch mehr schlecht als recht. Ich habe jedoch Erfahrung mit RC Autos.

Reicht wohl das Budget?

mfG Lukas

hm sicher wirst du beim zocken keine Latenzen merken, aber es gibt latenzen und gerade die sind wichtig zu erkennen. Die Genauigkeit von Gamepadsensoren wird denke ich auch um einiges zu niedrig sein. Außerdem weiß ich nicht ob in Gamepads Neigungssensoren oder Beschleunigungssensoren eingebaut sind. Ich würde auf Beschleunigung tippen, aber du brauchst beides!
Und beides muss extrem schnell gehen und du musst kleinste Unterschiede bemerken. FÜr sicheren Flugbetrieb brauchst du entweder Kreisel um alle 3 Achsen läuft um die 3*40€ oder einen kompletten Kreisel 200€
Motoren würde ich auch einfach aus wirkungsgradgründen auf Brushless gehen.
Es ist nicht wirklich einfach einen Hubschrauber zum stehen zu bringen. Flieg mal im SImulator einen. Ist wirklich nicht einfach und nun bedenke du kannst von Hand ausgleichen wenn er dir entgleitet. Dein Modell wird stark gegenlenken ziemlich sicher über die normallage hinausschießen und sich langsam wieder einpendeln. SInd die Gyros und beschleunigungssensoren zu langsam/ungenau wird sich die Bewegung aufschaukeln und deine 1200€ landen irgendwo im Boden oder in der Wand. AUch die Programmierung dürfte einiges an mathematischem Geschick erfordern

Mit freundlichem Gruß TIm

@Ls4

Danke für die Antwort. Kennst du dich bei den von mir geposteten Teilen aus? (Motor und Funk).

Denn die Kommunikation ist hier das A und O. Die Steuerung muss Latenzfrei sein, da man sonst das Ding nicht kontrollieren kann, bzw. es ins Trudeln kommt. (Es sei hier erwähnt, dass ich einen Helikopter im MS Flightsimulator fliegen kann. Ja, am Anfang ist's schwer, aber man lernt's schnell).

Ich habe vorher bereits erwähnt, dass ich brushless Motoren verwenden werde, wegen Wirkungsgrad und Ansprechbarkeit etc.

@HannoHupmann

Ja, über die Nutzlast können wir reden. Sollte jedoch nicht all zu wenig sein. 750g sollten schon drin sein.

@Alle.

Ich bin wirklich dankbar für die Antworten. Ich weiss, dass es schwer wird. Ich weiss, dass es teuer wird. Aber das soll es ja auch (zumindest schwer ;) ). Bitte beantwortet jedoch auch meine Fragen:

Ist das XBee Pro geeignet?

Wie ist der Motor, den ich gepostet habe?


Weitere Details:

Der Witz an der Sensorik sollte eigentlich sein, dass die Schwankungen im Gleichgewicht möglichst genau erkannt werden sollten. Die Daten werden dann durch ein Programm ausgewertet (auf der Hornet). Das Board steuert dann über PWM (voraussichtlich) die Motordrehzahlveränderungen. Diese ist natürlich minimal, deshalb bin ich auch schnell auf die brushless Motoren umgeschwankt. Die Sensorik sollte folgendes feststellen (siehe Attachment):

Rot:

xOffset = -2
yOffset = 0

>> Die Motoren 1 und 4 werden so angesteuert, dass sie schneller drehen. Ich drehe absichtlich 2 Motoren schneller, damit das Drehmoment ausgeglichen wird (diagonal gelegene Propeller drehen im gleichen Richtungssinn).


Blau:

xOffset = 0
yOffset = -1

>> Die Motoren 3 und 4 drehen schneller.

Grün:

xOffset = 1
yOffset = 1.5

>> Die Motoren 1-3 drehen schneller. Motor 2 dreht für das x- sowie für das y-Offset.

Sollte so gehen oder?

mfG Lukas

Achja soweit ich die X-Ufos gesehen hab, brauchen die bei 4 Motoren keinen Heckrotor, den brauchen nur Hubschrauber. Also kannst du hier bereits wieder Material etc sparen.

Nochmal eine Frage, willst du den Roboter onboard steuern bzw. regeln oder über funk mit einer Basisstation, ich fürchte für letzteres sind die Übertragungswege zu lang. Aber es gibt einige hier die ihre x-ufos onboard steuern.

Zu deiner Rechnung bzw. Beispiel, japp so wird es gehen, allerdings müssen die Sensoren schnell genug den Nullpunkt erkennen sonst wirst du immer übersteuern. Je nach Neigung kann man die Motoren auch entsprechend schnell reagieren lassen. Sagen wir mal 1ms für Sensoreingang (kippt) Signalverarbeitung und Signalumsetzung (Drehzahl). Hier muss man noch klären ob das ein Prozessor schaft und gleichzeitig noch andere Aufgaben übernimmt (funkübertragung, Steuerbefehle umsetzten, schnickschnacktun).

Zur Nutzlast, nimm dir einen Wert vor und schau ob du das rechnerisch mit den Motoren erreichen kannst. Danach kann man an der Nutzlast immernoch rumdrehen.

Zitat:

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Zitat von HannoHupmann

Achja soweit ich die X-Ufos gesehen hab, brauchen die bei 4 Motoren keinen Heckrotor, den brauchen nur Hubschrauber. Also kannst du hier bereits wieder Material etc sparen.

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Hm... wie drehen die sich denn um die eigene Achse? Das Ding sollte eben "filmen" können. Es muss also schwenkbar sein. Machen die das mit dem Drehmoment? (diagonale Motoren langsamer drehen lassen, somit dreht sich das). Dann verliert man aber an Höhenstabilität...

Ich mache mich jedoch einmal an die Rechnungen. Ich such mir mal die ganzen Formeln zusammen =P~

mfG Lukas

EDIT: Das RN-Board ist ja nicht so teuer. Vielleicht könnte man zwei Boards verwenden. Eines für die Steuerung und eines für die Datenübertragung.

Nein dadurch, dass sich die Motoren in unterschiedliche Richtung drehen kann man die Bewegungen in alle Richtungen realisieren. Wenn man die richtige Motoren langsamer bzw. schneller drehen lässt ist auch eine Rotation auf der Stelle möglich. Wie es genau funktioniert weis ich leider auch nicht. Da musst mal bei entsprechenden Besitztern nachfragen.

Hier noch eine Webseite die entsprechende Teile z.B. Kreiselstabilisatoren vertreibt. Sowie Tuningteile für das X-Ufo auch sehr nette Videos.
http://www.xufo-shop.de/sess/utn;jse...dex.shopscript

Ich hab mal ein bischen gegoogelt und es gibt auch Foren die sich wirklich nur mit dem X-Ufo beschäftigen. Ich würde mich da mal umhören nach geeigneten Motoren und möglichkeiten eine Kamera dran zu bauen. Ich hab mal eines gesehen die hatten ne richtige Digicam drunter gebaut und nur noch den Auslöser ferngesteuert.

So weit ich das sehen willst du dein Projekt ja immernoch fernsteuern, d.h. es muss nicht autonom in einer unbekannten umgebung fliegen. Daher ist es so gesehen kein Robotersystem sondern eher ein ferngesteuerts.
Also am besten in den einschlägigen Foren dieser Kategorie suchen. Da kennen sich die Leute einfach besser mit fernsteuern und trimmen des Ufos aus.

Will dich nicht verjagen nur wirst du hier nicht soo viel Hilfe bekommen können wie in anderen Foren.

Nein tut mir Leid mit Sensorik und Motorik kann ich dir leider nicht helfen.


Gruß Tim

Zitat:

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Zitat von HannoHupmann

Will dich nicht verjagen nur wirst du hier nicht soo viel Hilfe bekommen können wie in anderen Foren.

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Würdest du auch nicht schaffen :D

Vielen Dank für den Link.

Sicher? :-P nein spass beiseite, die Modellbaufreaks kennen sich bestimmt besser aus als wir meistens am boden rumeiernden Roboterbastler.

Lustig ist eben, dass ich vom RC-Forum hier hin geschickt wurde :D

ah na gut, ich hab über Google mal ein spezielles x-ufo forum gefunden, wenn du nicht gerade von dort kommst dann würde ich mich da mal noch schlau machen.