Mein FPV GoPro-Copter Rahmendesign

Moin FPV‘ler,

ich möchte euch hier mal mein FPV-GoPro-Copter Konzept vorstellen.

[highlight]Anforderungen ...[/highlight]

Mein Ziel ist es eine fliegende Video- / GoPro-Plattform mit möglichst ruhigem Flug- / Videobild zu erhalten, welche jedoch auch "sportlich" geflogen werden kann und bei einem Absturz im Kern möglichst unbeschadet bleibt bzw. mit geringen Kosten und Aufwand wieder aufgebaut werden kann.


[highlight]Welcher Rahmen für den Copter? ...[/highlight]

Als erstes musste ich mir über das zu tragende Gewicht klar werden und somit musste die Entscheidung hinsichtlich des Videosystems gefällt werden. Ich habe lange hin und her überlegt, ob ich was größeres als eine GoPro HD Hero in die Luft bringen möchte und ob es überhaupt Sinn machen würde für meinen eigenen Anwendungszweck, der Landschaftsvideografie aus dem "dynamischen" (Konturen-)Flug heraus, mehr als eine GoPro HD zu nutzen. Zumal die neue GoPro Hero 2 jetzt auch mit 3 Blickfeldeinstellungen (FOV) von 170° (weit), 127° (mittel) und 90° (eng) in 1080P und 720P Modus daherkommt und somit unterschiedliche Brennweiten simuliert.

Als ich noch mit diesen Gedanken im Kopf den Film "The Art of Flight" auf Blu-ray in Full-HD konsumierte wurde mir bei den Aufnahmen des Films (viele mit der GoPro gefilmt) klar, dass für meinen Anwendungszwecke alles außer einer GoPro HD nur Energie und somit Flugzeitverschwendung sei würde.

Mit GoPro und Gimbal hieß es somit also ca. 210g an Zusatzgewicht zum Abheben zu bewegen – die Aufgabe sollte also lösbar sein und sich auch kostentechnisch gut realisieren lassen.

Eine GoPro HD habe ich schon mit der Quadrixette 30 von Nicolas zum Fliegen bekommen.

Ich mag die Quadrixette und fliege sie auch gerne, aber der Vorteil der "kleinen Hummel" liegt klar in ihrer kompaktheit und damit verbunden dann auch nicht unbedingt im absolut ruhigem Flugbild.

Ich möchte mehr in Sachen "Video- Smoothness" und Tragfähigkeit - ein GoPro-Gimbal, GPS, extra FPV-Kamera und OSD sollten dafür ja auch noch mit an Board dürfen!

Kurzzeitig dachte ich noch darüber nach meinen Flyduspider von Flyduino zum GoPro-Träger umzubauen, aber der Flyduspider wurde wohl primär als Fun-Copter konzipiert und zeigt sich schon von Haus aus sehr Kopflastig. Die 220g zusätzliches Gewicht am Kopf würden dann auch ca. 400g Gegengewicht am Heck fordern und damit kommt der kleine Hexacopter mit seinen 8" Luftschrauben auch schnell an die Grenzen des effizienten und sicheren Fliegens.

Auch fehlt es dem Spider an Befestigungsmöglichkeiten für den Gimbal und die ganze Steuerelektronik zusammen mit GPS und OSD müsste am Spider turmartig gestapelt werden. Das sieht dann nicht nur komisch aus, sondern ist auch bei Abstürzen nicht sonderlich widerstandsfähig und könnte somit die Absturzkosten unnötig in die Höhe treiben.

[highlight]Ein eigenes Rahmendesign ...[/highlight]

Na gut, dann muss ich mir halt selbst was einfallen lassen …



Die Aufzeichnung der GoPro sollte frei von Luftschrauben sein und auf eine tiefhängende Montage der GoPro, welche dann noch ein großes Landestell mit sich bringt, wollte ich verzichten. Somit musste die GoPro an die Front verlegt werden und ein asymmetrisches "Spiderdesign" sollte dabei für die nötige Balance und Stabilität sorgen.



Bei den Auslegern habe ich aus Kosten und Beschaffungsgründen keine Carbonrohre genommen und mich daher für ein einfaches 10mm x 10mm ALU Vierkantrohr entschieden. Bei einer Auslegerlänge von nur 19cm (vorne) und 23cm (hinten) wäre der Gewichtsvorteil von Carbon wohl auch durch die aufwendigeren Motorhalterungen und zusätzlichen Schrauben aufgefressen worden. Um die Länge und das Gewicht der Vierkantrohre zu reduzieren und um damit die Steifheit der Ausleger zu erhöhen habe ich diese nicht einfach sternförmig auf einem Punkt zulaufen lassen.



Mein Rahmenkonzept sieht die Rahmenplatten also nicht nur als Montageplatte für die Ausleger vor, sondern vielmehr als ein überbrückendes / tragendes Teil des Gesamtrahmens.

Die Rahmenplatten als Brücke zwischen den Auslegern zu benutzen erlaub es mir auch drei Befestigungspunkte für elektronische Komponenten bereitstellen zu können und mit der hinzugewonnen Flexibilität eine gezieltere Gewichtsverteilung und eine geringe Bauhöhe zu erreichen.



Um das gewährleisten zu können entschied ich mich nicht nur aus ästhetischen Gründen gegen eine einfache Akkuschiene, welche quer über die hinteren Ausleger verlaufen müsste und bei einem Motorabstand von 41 cm irrsinnige Dimensionen einnehmen dürfte.

Damit man trotzdem möglichst flexibel eine LiPo an dem Rahmen befestigen kann verpasste ich dem Copter einfach einen "Wurmvorsatz" mit der Funktion als Akkurutsche.

Der Rahmen erlaub es daher einen LiPo vom Zentrum des Copters bis ans Ende des "Wurmvorsatzes" zu befestigen und das sowohl in Quer- als auch in Längsrichtung. Somit sollte jeder erdenklich sinnvolle LiPo an dem Copter zu befestigen sein.



Die Deckplatte für die Elektronik legt sich schützend über die Befestigungspunkte 2 und 3 (von vorne gezählt). Zwischen den Befestigungspunkten ist noch Platz für einen durch den Rahmen vertikal einzubauenden Videosender, welcher über die das Gewinde der Antennenbuchse an der Deckplatte befestigt werden kann.

Um einen guten Empfang für ein GPS-Empfänger zu gewährleisten ist die Deckplatte ist über dem Befestigungspunkt 3 (hinten) ausgeschnitten. Der 3-Teilige (ohne Ausleger) Rahmen ist aus 1,5 mm Carbon gefräst und die Teile wiegen zusammen nur 105 g – die 8 Teile für die 4 Landebeine (2 Stk. bilden ein Bein) an den Ausleger sind aus 1mm Carbon gefräst und wiegen zusammen nur 20 g. Die Aluausleger haben zusätzlich noch 80 g auf die Waage gebracht.

[highlight]Auswahl der Komponenten ...[/highlight]

Antrieb

Beim Setup wollte ich möglichst flexibel bleiben und habe mich, auch um später Kosten zu sparen, für einen 3-4S tauglichen Antrieb entschieden. Damit sollten dann je nach LiPo-Zellenanzahl der Einsatz von Luftschrauben der Größe 8" bis 12" möglich sein.


Weil ich noch keine 4S-Lipos mein eigen nenne werde ich mit 3S und 11" Luftschraube an den Start gehen und mir später mal einen 4S Lipo und 9" Luftschrauben zulegen.

FlightController

Beim FlightController setzte ich für den Anfang auf ein MultiWii / ArduPirate kompatibles MEGA-Board (hatte ich schon in der Bastelkiste) in Verbindung mit einer aktuellen 10DOF IMU (MPU6050). Bei Verfügbarkeit der OpenPilot CopterControl 3 Plattform könnte ich mir jedoch einen Wechsel auf die CC3D gut vorstellen.


GPS

Ich habe hier 2 verschiedene GPS-Boards vor mir liegen und werde mich wohl später entscheiden welches ich davon nehme. Beide müssen aber noch mit einer neuen Firmware bespielt werden, damit die versprochene Refresh-Rate von 10Hz genutzt werden kann.



Das Drotek ist ein paar Gramm leichter – vielleicht ein Grund sich für das Drotek zu entscheiden.

Video- / FPV-Equipment

Da ich die GoPro HD auf einem Gimbal setzen möchte und ich auch gerne in den Genuss einer WDR / HR Kamera kommen wollte habe ich mich für eine extra FPV-Kamera entschieden und überlasse der GoPro nur noch das Full-HD Recording.


Für den Gimbal von Quadframe.com habe ich mich entschieden, weil ich die Gewichtsverteilung der Gimbal-Konstruktion für mein Rahmenkonzept als gut befunden habe. Unabdingbar liegt die GoPro weit vorne, aber die "schwere" Gimbal-Konstruktion mit den Servos liegt "weit" dahinter und somit mehr zum Mittelpunkt des Copters. Ob der Gimbal von Quadframe.com auch im Flug was taugt wird sich noch zeigen müssen.

Damit ich dann auch ganz legal fliegen kann und hier kein schlechtes Vorbild abgebe gibt es noch ein 5.8 Ghz Video-TX, welcher auch zu meiner Fatshark-Brille mit eingebautem RX kompatibel ist. So kann ich auch mal auf den Aufbau der Groundstation mit Diversity-RX (SPW / Helix) verzichten und ganz spontan in die Lüfte steigen.


OnScreenDisplay

Wenn ich schon eine 10 DOF IMU und ein MEGA-Board zusammen mit einem GPS betreibe, dann möchte ich davon auch was beim Fliegen durch die Brille mitbekommen / sehen und daher habe ich dem Copter noch ein MultiWii-OSD spendiert.





Der Copter befindet sich derzeit noch im Aufbau und ich werde an dieser Stelle weiter berichten …

Grüße aus Hamburg,

Daniel

Hey Daniel

Sehr ausführlich - du weisst was du willst.

Eine Anmerkung dazu hätte ich noch. Ich hatte in der Vergangenheit auch den Wunsch, FPV, Videoplattform und "Heizen" in einem System zu vereinen. Leider musste ich feststellen, das für diese 3 Anwendungen drei unterschiedliche Copter zum Einsatz kommen sollten / müssen.

Ich erkläre dir auch gerne warum ich zu diesem Schluss kam.

1. Ein Heizkopter sollte möglichst leicht sein, um die Trägheit nicht zu haben. Weiterhin crasht man beim Heizen gerne mal -
> Schade ums teure Equippment.
2. Ein FPV Copter "kann" mitunter sehr schwer werden, wenn man die Komponenten nicht sorgfältig auswählt. Aber alleine GoPro, FPV Cam, OSD und co wiegen oft zusammen echt viel.
3. Videoplattform (nicht GoPro - eher DSLR und co) bedürfen meist einem guten Gimbal, was leider auch oft, im Zusammenhang mit einer DSLR, sehr schwer ist. Da macht ein Okto oft mehr Sinn.

Hi Chris,

danke für dein Feedback!

Mit sportlich meinte ich keinen Kunstflug, sondern vielmehr ein "etwas" schnelleres Fliegen – also nicht nur langsam dahinschweben. Der Copter hat mit Gimbal, GoPro und 2200 mAh Lipo ein AUW von ca. 1250g und wenn man möchte kann man den Gimbal entfernen und das GoPro-Gehäuse von eyefly montieren (AUW dann ca. 1180g).

Mit 4S und 10" Luftschrauben sollte das Teil von der Power her richtig "rocken" – nur leider sind meine 4S Lipos noch auf dem Weg zu mir.

Danke und Gruß,

Daniel

Also bei dem Gewicht kannste locker auch 10" und 3S fliegen. Da ist noch genug drin.

Seh ich ganz genauso! Oder mal 11zoll testen

Aktuell sind 11" LS / 3S moniert und 10" LS / 3S reichen auch locker, aber das Setup habe ich ja extra zum austesten flexibel gehalten und daher wird auch mal 4S mit 9" LS bzw. 10" ausprobiert.



LG,

Daniel

Ja, wenn man auf 4S gehen kann (Motoren / Regler) hält man sich auf jeden Fall alles offen. Gute Idee.

Hallo daniel

toller rahmen!! willst du den evtl. veröffentlichen?
gruß michael

Sehr schön echt klasse aufgeräumt ...

Hallo Michael,

vorerst möchte ich den Copter bis zum Wochenende fertigestellt bekommen und dann erstmal testen, fliegen und ggf. noch optimieren. Wenn Rahmen dann letztendlich meine hohen Erwartungen erfüllt werde ich schauen was ich damit noch so machen werde.

Danke und Gruß,

Daniel

Gestern Abend, kurz vor Sonnenuntergang, hieß es "Ready for Takeoff" und ich bin mit meinem FPV-Copter mal vor die Tür.

Zuvor hatte ich ihm noch ein paar LED-Streifen und ein Fullrange Spektrum TM1000 Telemetriemodul verpasst. Die MEGA-FC wurde mit der aktuellen MultiWii-Dev vom 14. April bespielt, vorher noch um den MPU-6050 LPF-Bugfix ergänzt und der Low-Pass-Filter auf 98hz eingestellt. Obwohl ich die aktuell als problematisch eingestuften Hobbywing 18A Regler einsetze habe ich auf eine Umstellung des PWM-Signals auf 400hz verzichtet (der Wirkungsgrad dieser Maßnahme ist derzeit noch zweifelhaft).

Die Dämmerung setzte schon ein, aber dank der "Weihnachtsbaumbeleuchtung" am Copter ist die Lageerkennung ehr unproblematisch. Für den Erstflug hatte ich hinsichtlich eventueller Crashkosten nur die GoPro ohne Gimbal und die leichten 2200 mha Lipos im Einsatz.

Das ergab dann ein AUW von ca. 1260g und eine erreichte Flugzeit von ca. 7-8 min. mit dem 2.200 mha Lipo bei 17%-20% Restkapazität.

Was soll ich sagen? Das Teil fliegt richtig gut, beschleunigt wie eine Rakete und liegt mit den 12" Luftschrauben wie ein Sportwagen in der Luft! Die PID-Werte waren noch Default und gefühlt ein wenig zu niedrig, aber ich mag es sowieso lieber wenn mir die "Fahrerassistenzsysteme" nicht zu sehr ins Steuer greifen und Driften erlaubt ist ;-)

Einzig die GoPro-Aufzeichnung offenbarte noch leichte Vibrationen am Copter. Nun ja, ich habe auch noch kein wirklich gutes Werkzeug um die 12" LS richtig zu wuchten.

Beschleunigungs- und Abbremsverhalten des Copters ist genial - man merkt dem Copter deutlich an, dass er noch massive Reserven hat. Mal schauen wie das mit 250g (Gimbal / großer Lipo) mehr aussieht. Eine Umstellung auf 10" LS mit 4S würde noch einiges mehr an Schubkraft bringen – da geht also noch was. Ich habe mir zum Testen daher mal zwei 4S / 3600 mha Lipos bestellt und vielleicht wird das ja die "default config" werden.

Am Wochenende werden Fotos und Videos gemacht ...

Grüße,

Daniel

Coole Sache;-)

das wird mein neuer Copter mit der DJI Naza und den XAircraft Motoren....


Einfach nur genial

Nachdem nun einige Zeit ins Land gegangen ist ... Wie sieht's denn mit nem Video aus?

Quansel

Würde mich auch sehr interessieren! Habe mir dieselben Motoren gekauft (noch nicht verbaut). Wieviel C Entladerate aben deine Akkus die du bei deinem Quad verwendest?

Neues Projekt

Nachdem sich der Herr mit dem "Neuen Projekt" nicht meldet ( hätte ich sehr gerne nachgebaut)

habe ich jetzt selber was gezeichnet... die Gesamtlänge des Frames ist 371 mm und die Breite 181 mm alles ca.

Ich habe das Frame ausgelegt für S3 5000 !

Motoren benutze ich 4 Stück von XAircraft der Kontroller ist von DJI Naza mit GPS...

Das ganze Projekt wird 3 Ebenen haben... die Unterste Ebene da liegt das DJI zeugs der Accu der Empfänger.

Da ich 15 x15 mm Alu Träger benutze verdopple ich einfach die Höhe, dann past genau der Accu in der Höhe rein und es ist noch genügend Platz für die Kabel usw.

Unter die Unterste Ebene kann man noch die GOPro hängen, auf der Untersten Ebene wird auch eine kleine FVP Cam sitzen.

Auf der Mittleren Ebene wird dann das Ez OSD und der Stromsensor sitzen und der Sender für die FVP Übertragung.

Abf der Obersten Ebene setze ich dann das GPS, somit ist alles was Stört weit auseinander. Die 4 Regler werden so nahe wie möglich an den Motoren montiert.
Ich werde noch bevor das Frame gefräst wird ein Muster machen, damit ich den Gewichts Schwerpunkt ermitteln kann.

Sobald die Zeichnung fertig ist, werde ich diese hochlanden

Vielleicht hat der ein oder andere noch eine Idee für verbesserungen.

Möchte keineswegs einen Türkischen Ford Transit mit beladung bauen ;-)

Gruß Herbert

Step 2

Habe das Frame so ausgelegt, das auch andere Elektronische Bauteile verwendet werden können.
Wenn man andere Accu Typen ausser S3 5000 verwenden möchte, sollte man den Schwerpunkt neu ermitteln.

Die Gopro muß nicht unbedingt auf der Unterseite befestigt werden, wäre aber bestimmt gut, da der Scherpunkt im moment 15mm unterhalb der Motoren liegt.

Dasd ganze werde ich erstmal in GFK fräsen, da Carbon sündhaft teuer ist
Die Motorregler werden seitlich und nicht wie auf der Zeichnung oben angebracht, die Kühlung wird gleich sein 9mm bei seitlicher anbringung und 26 bei der befestigung oben.

Das Landegestell.... na ja schauen wir mal, da habe ich noch keinen Plan.

Gruß Herbert

.. ein FPV-GoPro-Copter

Schön das du hier weiter machst..

wichtig ist für mich:
- Die Videoaufzeichnung sollte onboard und in Full-HD erfolgen und es dürfen keine Luftschrauben in der Aufzeichnung zu sehen sein.


Bis dann
Chrischan

Ja das soll ein Voll Ausgestatteter Quadkopter geben, der vorallem dann auch nict so vollbeladen aussieht.
Eine Gopro soll ganz vorne hängend angebracht werden und natürlich sind dann keine Luftschrauben zu sehen.

Mal sehen ob ich heute dazu komme mal die Gewichtsverteilung zu testen, werde mal das ganze mit sperrholz testen.

Ich möchte schon das der Copter schön ausbalanciert ist ;-)
Der Accu ist dann auch komplett gegen Beschädigungen geschützt.

Wenn Du noch Ideen oder wenn dir noch ein fehler auffällt melde Dich ;-)
Was nachher an Elektronik in den Copter kommt ist relativ egal, da es keine speziellen Ausfräsungen für die Elektronik gibt.

Gruß Herbert

Hi!

Warum schreibst du in blau?
Habt ihr alle ne CNC Fräse zu Hause oder wie macht ihr die Carbon Teile?
Könntet ihr mir da niht einen mit bauen =)

Grüße

Eav