Entwurf Mini-Hexacopter - Bitte um Kommentare

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Gloria

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#1
Hallo zusammen,

bin neu hier und würde mich über Kommentare und Verbesserungsvorschläge zu folgendem Projekt freuen.

Erstmal stelle ich mich kurz vor. Bin schon etwas "älter", habe Ahnung von Elektronik, Computern, Physik, bin aber kompletter Neuling in Sachen Copter. Habe nun vor, einen selber zu bauen.

Es soll ein Hexacopter sein, und zwar ein symmetrischer (Spinne) und nicht ein "racer". Das ganze soll eine elementare FPV-Ausrüstung plus eine leichte HD-Kamera (zweite Kamera) sowie einen Flight Controller mit GPS und Telemetrie tragen können (ca. 200g für Elektronik, Kamera, Sender etc.), aber ansonsten so klein und leicht sein wie möglich, zum einen, um das Modell transportabel zu halten. Außerdem wird es ja einige Male abstürzen, und dann tippe ich, dass leichter besser ist. Ziel ist es nicht, damit Rennen durch den Wald zu fliegen, sondern eher gemütlich oben drüber Kreise zu ziehen und Luftbilder zu machen. Und das Basteln ist genauso wichtig wie hinterher das Fliegen.

Um Platz für die ganze Technik zu haben, schätze ich, dass ich einen Rahmen-Durchmesser von 30cm-40cm brauchen werde. Dann liege ich ganz grob bei 250g für den Rahmen, 200g Elektronik/Kamera usw. plus Motoren und Akku. Das Abfluggewicht wird dann so bei 750g-850g liegen. Bei dieser Rahmengröße passen 5" oder 6"-Propeller. Es wurde außerdem empfohlen, dass diese ca. 800g schon bei 50% Schub in der Luft gehalten werden können.

Wenn ich mit diesen Eckdaten mit dem Rechner bei www.ecalc.ch herumspiele, lande ich immer wieder bei Tiger MN 1806 (2300kV) Motoren mit 5"x3" dreiblättrigen Propellern an 3S Spannung. Ich wähle die Motoren so, dass sie
a) beim "hover" mit 50% throttle so wenig Strom ziehen wie möglich (dann reicht bei gleicher Flugdauer ein leichterer Akku)
b) bei vollem Schub noch ein Stück unter der maximalen elektrischen Leistungsaufnahme, Stromstärke und Betreibstemperatur liegen (das legt die Größe der Propeller fest - je größer, je mehr Blätter oder je höher der Anstellwinkel, desto mehr Leistung). Wenn ich wegen der Rahmengröße nicht 6" nehmen will, dann eben 5"x3" mit 3 Blättern. 5"x3" mit 4 Blättern scheint es nicht zu geben, wäre aber noch einen Tick besser.

ESCs würde ich dann 12A KISS bestellen (wegen des Gewichts und weil deren schnellere Reaktion gelobt wird) und Flight Controller wird ein APM, wahrscheinlich 2.6, mit dem ganzen Zubehör dazu (GPS, On Screen Display, Telemetrie, Spannungsüberwachung). Die Klone wie z.B. die Crius AIOP 2.0 oder der HobbyKing Megapirate sind am Ende nicht wirklich billiger, aber es wird im Netz immer wieder kritisiert, dass das Magnetometer im FC selbst sitzt und somit wegen der nahen Stromkabel störanfälliger ist (beim APM sitzt es zusammen mit der GPS-Antenne erhöht auf einem Mast). Bei den MegaWii-Varianten schreiben die Leute immer wieder, dass die GPS-basierten Flugmodi bei weitem nicht so ausgereift sind wie bei APM/Pixhawk. Ein Pixhawk ist aber wohl nicht nötig. Vom APM 2.6 (jetzt knapp zwei Jahre alt) gibt es recht günstige Komplett-Sets zu kaufen. Außerdem läuft auf meinem Rechner sowieso schon das Arduino-Entwicklungssystem, ich kann also (im Gegensatz zum Pixhawk) notfalls von Hand eingreifen.

Dann habe ich das Netz auf der Suche nach einem passenden Rahmen durchkämmt und in dieser Größe nur 3 gefunden:

1. http://www.hobbyking.com/hobbyking/store/uh_viewItem.asp?idProduct=42112
Der hat aber teilweise schlechte Reviews, ist angeblich zu schwer und dabei nicht steif genug und wegen der resultierenden Vibrationen nur eingeschränkt nutzbar.

24382(2).jpg

2. http://www.myrcmart.com/rcx-cf330-6axis-hexacopter-barebone-frame-p-6708.html
Der hat gute Reviews und, wenn er sauber gearbeitet ist, sollte es passen. Ich müsste noch irgendeine Montageplatte von ca. 5cm x 12cm drunterschrauben, um den Akku und die Kamera zu befestigen. Das ganze passt dann auch gut zwischen das mitgelieferte Landegestell.

RCX-CF250-HEX-P1-RCX-CF250-6-Axis-Hexacopter-Barebone-Frame-01s.jpg

3. http://www.quadflyer.net/projekt-blackstar-mini-hexa/
Der BlackStar Mini Hexa, der hier schon diskutiert wurde.

Bei der FPV-Ausrüstung bin ich noch nicht so weit mit dem Planen. Vielleicht kriege ich das Ding erstmal so in die Luft und denke dann hinterher über FPV nach. Ich will nur nicht jetzt auf etwas festlegen, was mir dann hinterher Schwierigkeiten macht.

Zum Thema Sender/Empfänger ist das letzte Wort auch noch nicht gesprochen. Beim Preis-Leistungsverhältnis sieht die FrSky Taranis recht vielversprechend aus. Da habe ich dann folgende technische Frage dazu:

Es gibt dafür Empfänger mit PPM (z.B. den D8R) und mit SBUS (z.B. den X4R, X8R) zusätzlich zu den normalen Servo-PWM-Ausgängen. Ich hätte gerne einen sehr kleinen Empfänger und dann möglichst wenige Kabel zum FC. Da der APM erstmal kein SBUS kann, bleibt nur PPM. Leider hat der D8R offenbar einen Design-Fehler und versucht, alle 8 Kanäle in ein 18ms-Intervall zu quetschen. Das geht nicht, weil der FC dann keine "Pause" mehr zum synchronisieren hat. Der Effekt müsste der sein, dass wenn alle 8 Servos auf maximal stehen, die Verbindung abreißt, weil der Empfänger den Anfang der Pulsfolge nicht mehr findet. Schade. Es scheinen nur 6 Kanäle mit PPM fehlerfrei zu funktionieren.

Bleibt noch ein X4R oder X8R mit einem SBUS-zu-PPM-Konverter. FrSky bietet so einen an, und der hat ein PPM-Intervall von wahlweise 21ms oder 28ms. Da sollten die 8 Kanäle dann fehlerfrei übertragen werden, aber leider habe ich dann noch ein weiteres Dingsda mit Kabeln an Bord.

Anstatt der FrSky auf Futaba, Graupner, Spectrum zu wechseln, scheint deutlich teurer zu werden, wenn ich auf 8-9 Kanälen bestehe (4 zum Steuern, 2-3 für Flugmodi und Extras, irgendwann später 2 für Kamera pan/tilt).

Soweit für heute. Freue mich auf Eure Kommentare/Warnungen/Korrekturen.

Gruß,

Gloria
 

7im0

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#2
Hallo Gloria,

Ein sehr schönes Projekt hast du dir da ausgesucht!

Ein solcher Hexacopter schwebt mir auch schon seit längerem im Hinterkopf herum.
Ich dachte daran eine Mobius mit Gimbal darunter zu hängen, da gefällt mir der
Frame von myrcmart mit dem Landegestell sehr gut.
Hast du da schon einmal bestellt?
Mit den kleinen Motoren und Reglern habe ich leider auch noch keine Erfahrungswerte, da wird dir aber mit
Sicherheit jemand aus dem Forum weiterhelfen können.
Zur Funke ich fliege mit einer Graupner Mx 16 Hott und bin damit sehr zufrieden, hätte ich nicht
schon ein Teil Empfänger aus den Flugzeugen hier liegen gehabt, hätte ich aber wahrscheinlich
auch die Taranis gewählt, die scheint eine wirklich gute Wahl zu sein.
Ich werde dein Projekt mit großem Interesse weiter Verfolgen!

Gruß Timo
 
#3
Wenn es nicht unbedingt das Teuerste (Tiger und KISS) sein muss dann nimm die DYS 1806er Motoren und passende DYS 20A Regler mit BLHeli. Dazu 5x3 Props an 3S. Das gibt eine sehr gute Kombi zum guten Preis:

http://www.banggood.com/DYS-BE1806-...-Black-Edition-for-Multicopters-p-946416.html

http://www.banggood.com/DYS-BL20A-M...p=3I2203073329201208V9&p=7Y21131527640201504T

Als Versandart Priority Direct Mail, dann gehts auch fix.

Diese Kombi wird aktuell auch sehr gerne auf den kleinen Race Quattros geflogen.

3-Blatt Props würde ich nicht nehmen, sind vom Wirkungsgrad generell schlechter und schwer zu balancen. Denke mit den 5x3 liegst du gut. Wenn vom Platz her möglich kannst du auch noch 6x3 montieren.

Habe vor einiger Zeit auch mal nen kleinen Hexa gebaut:
http://der-frickler.net/modellbau/planes/lil_hexa
damals aber noch mit den alten und shclechteren 1804er Motoren.
 
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Gloria

Neuer Benutzer
#4
Vielen Dank für Eure Kommentare!

Die DYS-BE1806/2300 sind ja gnadenlos günstig - scheinen gerade im Angebot zu sein.

Ich habe noch eine Rückfrage zu den 3-Blatt-Propellern. Wie kommt es, dass die ineffizienter sind und wie ernst ist das?

Ich bin wie folgt auf die Idee mit den 3 Blättern gekommen. Wenn ich mit www.ecalc.ch herumspiele, sehe ich, dass mit 3-Blatt der Wirkungsgrad beim Schweben gegenüber 2-Blatt zwar leicht sinkt (bei meinen konkreten Zahlen von 73.7% auf 72.2%). Aber gleichzeitig sinkt auch die Stromaufnahme beim Schweben, und so bekommt man am Ende doch eine etwas längere Flugdauer (bei meinem Beispiel eine Minute mehr im Schweben), und der Copter hat natürlich mehr Reserven. Nun gut, die Unterschiede bei den Zahlen sind nicht groß, aber hier sieht es so aus, als verhalte sich 5x3 mit 3-Blättern einfach wie ein etwas größerer Propeller (nicht ganz 6", aber so etwa 5.2" vielleicht).

Der Rahmen aus Hong Kong hat einen Abstand von genau 30cm zwischen gegenüberliegenden Motoren, so dass ich damit nicht über 5" gehen könnte. Beim BlackStar Mini gäbe es sicher auch die längeren Arme, bei denen 6"-Propeller passen. Aber er soll ja auch nicht zu groß werden...

Vielleicht sollte ich das Auswuchten der Propeller erst einmal mit 2-blättrigen probieren und dann später weitersehen.

Gruß,

Gloria
 
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Arakon

Erfahrener Benutzer
#5
Najaaa.. die sind immer im Angebot. Aber definitiv eine sehr gute Wahl.
Ich weiß nicht, wie gut ecalc da ist, aber 3-Blatt resultiert eigentlich generell in zu hohem Verbrauch für das, was du rausholst.

Aber generell mal: Mein (3D gedruckter) Hexa mit 1804 Motoren schleppt völlig problemlos einen fetten 2200er 3S herum und macht damit sogar noch Flips.. Ich denke nicht, dass du da sehr schnell an deine Gewichtsgrenze stößt, die Motoren tragen immerhin jeweils gut über 200g in der Config bei 50% Gas.
Im Zweifelsfall nimm 5040er Props statt 5030.. auch da mehr Verbrauch, aber in der Regel auch mehr Schubgewinn als ein 3-Blatt.
 

brandtaucher

Erfahrener Benutzer
#6
Vielen Dank für Eure Kommentare!

Die DYS-BE1806/2300 sind ja gnadenlos günstig - scheinen gerade im Angebot zu sein.

Ich habe noch eine Rückfrage zu den 3-Blatt-Propellern. Wie kommt es, dass die ineffizienter sind und wie ernst ist das?

Ich bin wie folgt auf die Idee mit den 3 Blättern gekommen. Wenn ich mit www.ecalc.ch herumspiele, sehe ich, dass mit 3-Blatt der Wirkungsgrad beim Schweben gegenüber 2-Blatt zwar leicht sinkt (bei meinen konkreten Zahlen von 73.7% auf 72.2%). Aber gleichzeitig sinkt auch die Stromaufnahme beim Schweben, und so bekommt man am Ende doch eine etwas längere Flugdauer (bei meinem Beispiel eine Minute mehr im Schweben), und der Copter hat natürlich mehr Reserven. Nun gut, die Unterschiede bei den Zahlen sind nicht groß, aber hier sieht es so aus, als verhalte sich 5x3 mit 3-Blättern einfach wie ein etwas größerer Propeller (nicht ganz 6", aber so etwa 5.2" vielleicht).

Der Rahmen aus Hong Kong hat einen Abstand von genau 30cm zwischen gegenüberliegenden Motoren, so dass ich damit nicht über 5" gehen könnte. Beim BlackStar Mini gäbe es sicher auch die längeren Arme, bei denen 6"-Propeller passen. Aber er soll ja auch nicht zu groß werden...

Vielleicht sollte ich das Auswuchten der Propeller erst einmal mit 2-blättrigen probieren und dann später weitersehen.

Gruß,

Gloria
Orientiere Dich bitte nicht zu sehr an E-Calc. Das kann man nehmen, um grob einzuschätzen, ob was funktionieren kann. Es fehlt in e-calc an umfangreichen Messwerten. Überleg mal, wie viele Messwerte pro Prop und Motor tatsächlich hinterlegt sein müssten, damit passend zum Gewicht der richtige Wirkungsgrad rauskommt! Wenn Du wie ich einen eigenen Motorteststand hast, siehst Du schnell, dass da einiges nicht passt. Vertraue lieber auf Leute wie den Frickler. Der hat schon mehr Copter gebaut, als ich vermutlich gesehen habe ;-)
 
#7
Gerade bei den kleinen 5" Koptern und Props hilft zur Effizient eh nur Leichtbau.
Wenn du effizient sein willst dann nimm die selben Motoren mit 2S und 7038er Props.
Und berechnen hilft da auch sehr wenig wie brandtaucher schon schreibt.
 

Gloria

Neuer Benutzer
#9
Danke für die Tipps soweit. Da ich zu Anfang sicher einige Props schreddern werde, kaufe ich erstmal sowieso nur billige Plastik, und da nehme ich einfach einen Satz 2-Blatt und einen Satz 3-Blatt und vielleicht noch 5"x4" dazu und teste die Varianten einfach durch.

Der Preis von den DYS ist natürlich verlockend. Verglichen mit den Tiger kann ich da ja einen 18-Copter bestücken...

Danke nochmal und Gruß,

Gloria
 

brandtaucher

Erfahrener Benutzer
#10
Danke für die Tipps soweit. Da ich zu Anfang sicher einige Props schreddern werde, kaufe ich erstmal sowieso nur billige Plastik, und da nehme ich einfach einen Satz 2-Blatt und einen Satz 3-Blatt und vielleicht noch 5"x4" dazu und teste die Varianten einfach durch.

Der Preis von den DYS ist natürlich verlockend. Verglichen mit den Tiger kann ich da ja einen 18-Copter bestücken...

Danke nochmal und Gruß,

Gloria
Dass man Props schreddert, ist nicht gesagt. Mit einer geregelten FC gibt es eigentlich gar keinen Grund, warum Props kaputt gehen sollten, es sei denn, Du meinst den Erstflug in der Wohnung machen zu müssen (da geht dann aber eher was anderes kaputt). Von einem ordentlichen ausbalancierten Satz Propellern (richtige Größe und Steigung) hängt das Flugergebnis entscheidend ab. Wenn man bei einem Auto an den Reifen spart, nutzt das beste ABS nichts. Also behalte im Hinterkopf, dass sich das Regelverhalten mit guten Props wesentlich verbessern kann.
 

Gloria

Neuer Benutzer
#12
Ja. Erste Erkenntnis ist, dass die Zeit dann doch knapper ist als gedacht...

Ich habe den Rahmen von myrcmart genommen. Die Sachen sind auch problemlos hier angekommen (nach ca. 2-3 Wochen, trotz Streik bei der Post).

Der Rahmen ist vielleicht nicht ganz so perfekt wie der von binolein, macht aber einen vernünftigen Eindruck. Schrauben und Distanzbolzen sind allerdings aus Plastik (Nylon?). In einem Anflug von Perfektionismus habe ich gleich die passenden Alu-Distanzbolzen bestellt (Bürklin - Elektronikversender). Bloß 13mm musste ich woanders ordern (auf ebay gefunden). Schrauben nehme ich Edelstahl mit Innensechskant. Titan wäre perfekt, aber über €1 pro Schraube ist dann doch übertrieben.

Flight Controller ist ein APM 2.6, bei dem es den Komplettsatz incl. Vibrationsdämpfer, Telemetrie, On-Screen-Display, Spannungsregler und GPS günstig auf ebay von Versendern in Deutschland gibt. Ich habe schon herausgefunden, wie ich die ArduCopter firmware auf Linux cross-compiliere und dann auf den APM flashe. Die Mission-Planner Software läuft ganz akzeptabel unter Mono (Linux-Implementierung von .NET). Einziger Haken ist der, dass an ein paar Stellen die Bildschirmdarstellung etwas durcheinander gerät. Den APM incl. GPS habe ich schon auf dem Schreibtisch am Laufen.

Wegen der hohen Ströme in den Kabeln zu den ESCs und zu den Motoren werden GPS und Magnetfeld-Sensor beim APM 2.6 in einer Pilzkopf-Antenne ca. 10cm erhöht montiert. Der APM 2.6 mit der Vibrationsdämpfung ist ja deutlich größer als 45mm x 45mm, passt aber noch genau auf den Rahmen von myrcmart. Der Rahmen hat zusätzlich noch um 45 Grad gedrehte 45x45-Bohrungen. In eine seitliche davon passt der Turm mit der GPS-Antenne. Zur Stabilisierung setzte ich noch einen Distanzbolzen bis in die untere Zentralplatte darunter.

Um magnetische Störungen zu vermeiden, werde ich auch keine Stromverteilerplatine verwenden, sondern mir einen Kabelbaum selbst zusammenlöten - immer schön Plus und Minus verdrillen, damit es keine Schleifen gibt, die dann mit Biot-Savart ein Magnetfeld erzeugen. Der ecalc.ch rechnet mir aus, dass bei Vollgas für jeden Motor bis zu 12A fließen werden. Wenn Du da eine Schleife mit 1cm Durchmesser auf der Stromverteiler-Platine hast, durch die die vollen 72A fließen, dann sieht der APM vom Erdmagnetfeld nicht mehr viel.

Ich habe auch schon eine Taranis gefunden (neue 1.8.1 EU-Version) und dazu den X4RSB-Empfänger mit S.BUS-Ausgang und den S.BUS-zu-CPPM-Konverter, um Kabel zu sparen. Als nächstes kommt dann der Starkstrom-Teil der Elektronik dran. Motoren T-Motor NM 1806 2300kV und 12A-KISS-ESCs von Flyduino liegen hier schon. Entgegen Eurer Ratschläge habe ich mal 5"x3"-3-Blatt-Propeller geordert (Q-Prop von XXL-Modellbau). Die Familie macht mir noch die Auflage, dass erstmal Prop-Guards montiert werden. Das werden 4mal die normalen schwarzen 5" von HobbyKing sowie rechts und links je einmal die beleuchteten von RadioC:

http://www.radioc.co.uk/LED-Prop-Guards-Set-of-4-2-Green-2-Red-LED-5-p/5025.htm

Ich möchte noch zwei Kameras montieren. Einmal eine normale Sony-CCD fürs FPV und dann eine Möbius, um in HD aufzeichnen zu können. Wohin damit? Ich wollte ja extra einen sternförmigen Hexacopter haben, der nicht wie ein Bus mit Armen aussieht, aber nun habe ich den Salat und weiß nicht, wohin mit dem ganzen Kamerakrams.

Da bietet sich folgende Lösung an. Die obere Platte von diesem hier

http://www.myrcmart.com/rcx-h250cf3k-fpv-quadcopter-3k-carbon-fiber-barebone-frame-p-8092.html

kann man einfach zwischen den Rahmen des Haxa und die Lande-Kufen montieren. Das reicht dann, um die FPV-Kamera oben und die Möbius vorne unten und den Akku hinten unten zu montieren.

Mal sehen, wie's wird. Leider bin ich die nächsten Wochen beruflich seht eingespannt, und so wird es noch dauern, bis ich Fotos zu zeigen habe.

Ach so, ideal von Seiten der Elektronik wäre es, wenn der APM 2.6 die Daten vom MavLink gleich in die Telemetrie des Taranis-Empfängers einspeist. Dafür gibt es eine Lösung auf dem Teensy 3.1, einem sehr kleinen Microcontroller-Board mit ARM Cortex-M4. Der sollte dann auch schnell genug sein, um
1) den S.BUS zu CPPM-Konverter zu ersetzen,
2) je nach Flugmodus (MavLink vom APM) und Zusatzkanal der Fernsteuerung die Lampen ein- und auszuschalten,
3) das OSD zu ersetzten.
Aber vorher müssen erstmal die Motoren laufen.

Gruß,

Gloria
 
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