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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Quadrocopter - Steuerplatine


Autor: baqat (Gast)
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Hi,

Ich hab hier ja schon in die Quadrocopter Threads reingeschaut. Also 
erst mal zu meiner Idee:

Ich möchte mit einen Quadrocopter bauen. Bei dem physikalischen bruche 
ich eigentlich keine Hilfe, ich bin zwar nicht das geborene 
Basteltalent, aber ich komme klar. Mein Problem ist folgendes:

Mann kann die Motoren für den Quadrocopter ja direkt steuern, oder 
indirekt. Der Vorteil der direkten steuerung ist, dass das Fluggerät 
genau das macht, was du willst, aber meiner Meinung ist die indirekte 
Steuerung besser, weil man da nicht so viel umdenken muss. Ich hab mit 
da auch schon Gedanken gemacht, und zwar folgende:

Wir haben hier die Vier Motoren in Plusform

             A

      B             C

             D

A und D müssen sich im Uhrzeigersinn drehen B und C dagegen, um das 
Drehmoment auszugleichen. Und jetzt kommts.

Der Copter soll können: Vorwärts und Rückwärts (Nicken) Links, Rechts 
(Rollen) und drehen (gieren) sowie steigen und sinken.

Ich hab da folgende Idee:

Wenn der Heli Nicken soll, muss der Propeller A (bzw. D) sich langsamer 
drehen oder der andere sich schneller drehen.

Wenn der Heli Rollen soll, muss das Gleiche mit den Propellern B und C 
geschehen.

Wenn er Gieren soll muss ein Ungleichgewicht ins Drehmoment. Also z.B. 
müssen sich die Uhrzeigersinnpropeller (A und D) sich schneller drehen 
und die Anderen (B und C) sich in gleichem Maße langsamer drehen. Damit 
sich der Auftrieb nicht verändert.

Soll der Heli hoch oder Runter, müssen sich alle Propeller schneller 
oder langsamer drehen.

Soweit so gut. Die Angelegenheit sieht ja schwer nach Mikrocontroller 
aus. Es geht ja darum, Werte zu addieren (z.B. Den Wert des 
Steigen-Sinken-Hebels mit dem Nicken-Hebel) Deswegen meine Frage:

Wie muss ich die Motorsteuerung aufbauen? In welchem Format kommen die 
Daten vom Empfänger der Fernbedienung an? Wer hat da schon Erfahrung? 
Wie muss so eine Platine aussehen, weil ich sie ja um Gewicht zu sparen 
selber löten sollte?

Um zu wissen, wo ihr ansetzen müsst: Ich bin ausgebiletet ITA. Soll 
heißen, ich habe schon Mikrocontroller über C und Assembler 
programmiert. Ich weiß auch wie die Logik ist, die dahinter steckt. 
Ebenfalls beherrsche ich elektrotechnische Grundlagen. Das wars dann 
aber auch schon. Ich weiß nicht, welchen Controller ich nehmen sollte, 
Ich habe keine Ahnung, welche Entwicklungsumgebung ich mit einrichten 
sollte, auch nicht, wie ich mit den Controller jetzt zusammenlöten soll. 
(Ich kann löten, ich habe auch ein Lötgerät sowie die Möglichkeit, 
Platinen zu ätzen. Aber ich habe keine Ahnung noch Programme wie Eagle, 
wie man eine solche Platine zusammensetzt). Außerdem müsste ich wissen, 
wie und in welchem Format die Daten aus dem Empfänger kommen, damit sie 
berechnet werden können.

Vielleicht, gibt es hier auch einen, der aus dem Raum Drensteinfurt 
(Rinkerode, Walstedde, Münster (westf.), Ascheberg, Sendenhorst, etc.) 
kommt, und der sowas auch gerne als Gemeinschaftsprojekt betreiben 
würde. In dem Fall einfach mal anmailen

baqat@online.de (online.de NICHT t-online.de)

Ansonsten freue ich mich schon auf Vorschläge, Ideen, etc.

Autor: Karl Heinz (kbuchegg) (Moderator)
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Autor: max (Gast)
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als ITA solltest du google bedienen können ;)
guggst du: mikrokopter.de - werden all deine fragen ausführlich 
beantwortet!

Autor: baqat (Gast)
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Ich kann google bedienen, danke ;-)

Ich hätte nur wissen müssen, was das Zeugs unter Mikrokopter zu finden 
ist. Unter Quadrokopter war nur tote Hose, bis auf das Forum hier. 
(Zumindest in den Bereichen, die ich brauche)

Bliebe dann danke der schnellen Antworten nur noch die Frage: Will 
jemand mitmachen?

Autor: Barny (Gast)
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Eventuell auch interessant dürften für dich sein:

www.X-Ufo.de
www.qc-copter.de

Autor: F. Reiling (freiling)
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Hallo,
auch von mir der Verweis auf mikrokopter.de. Und eine Frage: willst du 
eine neue Hardware aufbauen oder interessiert dich eher die Software und 
speziell die Regelung dahinter? Für letzteres würde ich eine bestehende 
erprobte Hardware aus den genannten Projekten verwenden und darauf 
aufbauen. Ist aber nicht ganz so trivial wie das in den Flugvideos 
rüberkommt. Speziell zum Thema Regelung haben und zerbrechen sich immer 
noch viele Entwickler den Kopf. Daher denke ich, dass du mit einem 
bestehenden Projekt mehr Erfolgserlebnisse haben wirst, als ein komplett 
neues Projekt aufzuziehen. Oder schließ dich einem Projekt an, hilf dort 
bei der Weiterentwicklung, es gibt immer Entwicklungsmöglichkeiten.
mfg

Autor: Barny (Gast)
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>In welchem Format kommen die Daten vom Empfänger der Fernbedienung an?
Im analogen PPM-Format.
Dass bedeutet dass pro Kanal ein 1 bis 2 ms langer Impuls und dann eine 
18 bis 19 ms lange Pause kommt.
Bei den guten, alten Analog-Funken wird ein Signal nach dem Anderen bei 
den Kanälen ausgegeben was das Auswerten einfach macht. Die digitalen 
2G4 Sender geben mehrere bis alle Signale gleichzeitig aus was das Ganze 
etwas knifflig macht.

Ich würde dir folgende PPM-Summensignalwandler empfehlen:
http://www.qc-copter.de/wiki/index.php?title=Bedie...
http://tt-rc.ath.cx/SHOP/ITEM-10
Diese Wandler serealisieren dir die parallelen PPM-Signale des Empfänger 
in eine serielles PPM-Summensignal um.
(Dass Format welches an der Lehrer/Schülerschnittstelle des Senders 
ausgegeben wird.)
Das nimmt der Regelung einiges an Rechenarbeit ab und du sparst auch ein 
paar Pins.


>Wie muss so eine Platine aussehen, weil ich sie ja um Gewicht zu sparen
>selber löten sollte?
Bei einem Kopter ist die Elektronik was das Gewicht anbelangt zu 
vernachlässigen.
Da kommt es mehr auf die Wahl des richtigen Akkus und den Bau eines 
leichten/stabilen Rahmen an.

>Ansonsten freue ich mich schon auf Vorschläge, Ideen, etc.

Bei den Akkus habe ich mit den 3Zellen 30C Lipos der Marke Rhino von 
http://www.HobbyKing.com sehr gute Erfahrungen gemacht.
Als Motoren verwende ich die Chinaklingeln CF2822 und als BLC-Regler die 
Hobby-King Eigenmarke Super Simple.

Beim Rahmen bietet sich ein Alurohrramen aus 10x10x1 Aluvierkant vom 
Baumarkt an.
Der ist leicht und billig.
Und solange man nicht zu viele Löcher hineinbohrt, hält der auch etwas 
aus.
Solange dass Abfluggewicht 800g bis 1000g nicht überschreitet gibt es 
eigentlich keine Probleme.
Für den Anfang würde ich einen Achsabstand von ca. 500mm empfehlen.
(Kleiner würde zu agil.)

Als Propeller haben sich die EPP1045 bewährt, da sie sehr leicht sind 
und damit ein schnelles ändern der Drehzahl ermöglichen.
Stabilere Propeller würden die Regelung zu träge machen.

Und vergiss nicht einen 5. Kanal vorzusehen, um schnell die Motore über 
die Funkfernbedienung abschalten zu können.
Dass wird vor Allem am Anfang sehr wichtig sein um den Schaden möglichst 
niedrig zu halten, wenn man etwas zu schnell oder im falschen Winkel 
landet.

>Außerdem müsste ich wissen, wie und in welchem Format die Daten aus dem 
>Empfänger kommen, damit sie berechnet werden können.
Wie ich schon geschrieben habe: im PPM-Format

Für Schraubverbindungen verwende ich Kunststoffschrauben um 
Sollbruchstellen zu haben, die den Schaden minimieren.

Verwende für Steckverbindungen nur Gold-Kontaktstecker um möglichst 
niedrige Übergangswiderstände zu haben.

Als Gyros würde ich dir MEM's empfehlen, die sind zwar teurer, haben 
aber nicht das Problem des Temperaturdriftes und müssen nicht nach jedem 
mal etwas härter aufsetzen neu kalibriert werden.
Schau dir aber vorher an welche bei anderen Projekten verwendet werden, 
da es da große Unterschiede gibt.

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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Wie immer vermute ich, dass du dir die Sache zu einfach vorstellst.

Was meinst du mit "direkter" Steuerung? Die Motoren direkt mit 
gemischten Fernsteuerungs-Informationen zu füllen? Vergiss es. Das geht 
nicht.
Du brauchst eine Regelung, da die Regelstrecke instabil ist. Ähnlich 
einem Bleistift, den du hochkant auf den Tisch stellst. Der kippt auch 
immer um.
Das mit "dem Daumen" zu regeln ist nahezu unmöglich.

Du brauchst also eine Regelung. Und da fängts an. Du brauchst 
Messwertaufnehmer für die Lage, wobei es da keine direkten Sensoren 
gibt, sondern man aus verschiedensten Sensoren einen Messwert 
fusionieren muss.


PS: Ich sitze seit Anfang des Jahres an meinem Quadrokopter Modell. Habe 
zur Zeit etwas über 1000€ für die Teile und Platinen ausgegeben. Dafür 
fliegt das Ding aber mittlerweile auch schon annehmbar. Von einem 
(halbwegs) "fertigen" Produkt bin ich aber noch etwas entfernt.

Autor: MOW (Gast)
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Theoretisch könnte man dass mit der direkten Ansteuerung doch machen, 
nur solange keine Signale von der Fernbedienungs kommen soll er sich 
einfach über Beschleunigungsensoren selbst ausnivilieren?!?! Müsste doch 
gehen oder?

Autor: Karl Heinz (kbuchegg) (Moderator)
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MOW schrieb:
> Theoretisch könnte man dass mit der direkten Ansteuerung doch machen,
> nur solange keine Signale von der Fernbedienungs kommen soll er sich
> einfach über Beschleunigungsensoren selbst ausnivilieren?!?! Müsste doch
> gehen oder?

Nein.

Ein Beschleunigungssensor misst Kräfte. Und als solcher kann er nicht 
zwischen Gravitation und zb Fliehkraft die in einer Kurve entstehen 
unterscheiden.

Autor: MOW (Gast)
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Ja ich meine ja auch wenn keine Signale von der Fernbedienung kommen, 
soll er in der Luft stehen und einfach nix machen! Und dann müssen die 
Motoren nur dafür sorgen dass die Sensoren nix messen!

Autor: Karl Heinz (kbuchegg) (Moderator)
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MOW schrieb:
> Ja ich meine ja auch wenn keine Signale von der Fernbedienung kommen,
> soll er in der Luft stehen und einfach nix machen! Und dann müssen die
> Motoren nur dafür sorgen dass die Sensoren nix messen!

Die Sensoren messen aber immer irgendetwas :-)
Genau das ist ja das Problem. Messen die jetzt die Gravitation oder 
Kräfte, die durch irgendwelche Bewegungen entstehen? Und wo ist jetzt 
"unten"? (Wenn man wüsste wo unten ist, könnte man die Gravitation 
rausrechnen)


Bist du schon einmal in einem Verkehrsflugzeug geflogen (ich nehme an: 
ja). Kurz vor der Landung kurven die Piloten mitunter ganz schön rum, 
bis sie an den ILS-Gleitstrahl kommen. Ist dir aufgefallen, dass du in 
deinem Sitz sitzt und absolut nichts davon merkst? Keine Kräfte, gar 
nichts (ok, du wirst ein bischen schwerer, aber das ist auch schon 
alles). Das kommt daher, dass der Pilot eine koordinierte Kurve fliegt. 
Die Kurvenneigung ist so gewählt, dass die entstehende Fliehkraft wieder 
senkrecht auf dem Flugzeugboden steht. Daher merkst du nichts und auch 
der Orangensaft in deinem randvoll gefüllten Glas bleibt im Glas und 
schwappt nicht über, obwohl das Flugzeug 30° Schräglage hat und eine 
Kurve fliegt. Kein Beschleunigungssensor dieser Welt könnte detektieren, 
wie stark die Kurvenneigung ist. Er könnte höchstens feststellen, dass 
du etwas stärker in den Sitz gepresst wirst. Das wirst du aber auch, 
wenn der Pilot eine Sinkfahrt auffängt.


Oder noch anders ausgedrückt.
Für das Wasser in einem Eimer, den du mit genügend hoher Geschwindigkeit 
wie ein Riesenrad drehst, ist zu jedem Zeitpunk unten in der Richtung in 
der auch der Eimerboden ist. Und wenn der Eimer gerade über deinen Kopf 
geschwungen wird, dann ist in diesem Moment für das Wasser eben oben 
unten :-)

Autor: MOW (Gast)
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Stimmt! Das hab ich allerdings nicht bedacht! Ich gebe mich geschlagen 
;-)

Aber mit Gyroskopen würde es gehen, da gibt es glaube ich auch kleine 
Piezo-Gyroskope.

Autor: Karl Heinz (kbuchegg) (Moderator)
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MOW schrieb:

> Aber mit Gyroskopen würde es gehen, da gibt es glaube ich auch kleine
> Piezo-Gyroskope.

Yep.
Mit der Kombination aus Beschleunigungssensor und Gyros kann man eine 
Inertialplatform bauen und hat damit ein raumstabiles Bezugssystem auf 
welches sich ein Regelalgorithmus einregeln kann.

Autor: Barny (Gast)
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Lass das mit den Piezos.
MEM Gyros haben sich besser bewehrt.
Piezo Gyroskope haben einen zu starken Themperaturdrift.
Und auch ohne Themperaturschwankungen driften die Piezos munter umher.
Die Mem's sind um einiges stabiler und driften nicht so stark.
Ein MEM Gyro nimmt es einem auch nicht krumm wenn man mal aus 30m Höhe 
kopfüber landet.
Ein Piezo-Gyro kann sich da schon unter Umständen verabschieden.

Den Beschleunigungssensor würde ich für's Erste weglassen, da die 
Datenfusion von verschiedenen Sensortypen alles andere als Einfach ist 
an dem einige Projekte schon seit langem Feilen.

Mein Tipp ist dass du dir als erstes Projekte wie 
http://www.qc-copter.de anschaust und gegebenenfalls an deine eignen 
Wünsche anpasst.

Wenn du eine Schwebe-Plattform willst, schau dir mal den ARM-o-Kopter -> 
www.armokopter.at oder den UAVP-NG -> http://ng.uavp.ch/moin

Ein Multikopter ist alles andere als ein Einsteigerprojekt. Da sollte 
man klein anfangen.

Autor: aaaa (Gast)
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> Yep.
> Mit der Kombination aus Beschleunigungssensor und Gyros kann man eine
> Inertialplatform bauen und hat damit ein raumstabiles Bezugssystem auf
> welches sich ein Regelalgorithmus einregeln kann.

Man kann ein Inertialplatform bauen, aber diese driftet i.d.R. mit der 
Zeit ab. Es gibt 4 nicht messbare Werte: die Raumkordinaten x,y,z und 
die Drehung um die vertikale z-Achse.

Autor: Karl Heinz (kbuchegg) (Moderator)
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Barny schrieb:
> Lass das mit den Piezos.
> MEM Gyros haben sich besser bewehrt.

Interessehalber:
Was sind das für Gyros?

(Bin schon lange auf der Suche nach einem Gyro, der nicht oder nur sehr 
wenig driftet. Stichwort: Helikopterfliegen)

Autor: Karl Heinz (kbuchegg) (Moderator)
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aaaa schrieb:

> Man kann ein Inertialplatform bauen, aber diese driftet i.d.R. mit der
> Zeit ab.

Ja leider.
Genau da kommen dann die Beschleunigungssensoren ins Spiel, wenn ich das 
richtig verstanden habe.

Ich bin eigentlich immer beeindruckt, wie stabil diese Mikrokopter in 
der Luft stehen. Auch über durchaus längere Zeit. Wenn ich da an den 
Heckrotorgyro in meinem Heli denke. Den darf man im Heading-Hold keine 
10 Sekunden alleine lassen :-)

> Es gibt 4 nicht messbare Werte: die Raumkordinaten x,y,z und
> die Drehung um die vertikale z-Achse.

x,y,z ist klar
Aber Drehung?
In jede der Hauptachsen einen Gyro rein und schon kannst du alle 
Drehungen erfassen.

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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Die Inertialplattform driftet nicht. Das ist Quatsch. Sie wird durch den 
Beschleunigungssensor (welches die Lage absolut messen kann) regelmäßig 
wieder korrigiert.

@Karl Heinz: Nahezu alle aktuellen MEMS Gyroskope haben keinen messbaren 
Temperaturdrift. Für Gier Kompensation benutze ich MLX90609-R2 aus dem 
Arm-O-Kopter Projekt. Den Gyro kriegst du da für 29€

Autor: Barny (Gast)
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>Die Inertialplattform driftet nicht. Das ist Quatsch. Sie wird durch den
>Beschleunigungssensor (welches die Lage absolut messen kann) regelmäßig
>wieder korrigiert.
Normalerweise nimmt man aber GPS um den Drift von Gyro und 
Beschleunigungsmesser sowie Windeinfluss zu kompensieren.

Autor: Barny (Gast)
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>Interessehalber:
>Was sind das für Gyros?

>(Bin schon lange auf der Suche nach einem Gyro, der nicht oder nur sehr
>wenig driftet. Stichwort: Helikopterfliegen)

Z.B.: 
https://www.mikrocontroller.com/index.php?main_pag...
Da ist der Gyro aber "etwas" teuer ;)
In dem WII Zusatz-Modul (Motion Plus oder wie dass Teil heißt) ist 
soviel ich weis ein 2-Achs MEM Gyro und ein Piezo Gyro verbaut.

Autor: lala (Gast)
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>Die Inertialplattform driftet nicht. Das ist Quatsch. Sie wird durch den
>Beschleunigungssensor (welches die Lage absolut messen kann) regelmäßig
>wieder korrigiert.

Selten so gelacht:
Mit einem Beschleunigungssensor kann man die Lage nicht absolut messen, 
dafür braucht man GPS oder Höhensensor (falls man knapp über dem Boden 
fliegen will) etc. Auch kann man die Horizontale Drehung nicht messen, 
dafür kann man z.B. einen Kompass verwenden oder GPS.

Nur mit Beschleunigungssensoren und Gyros ist die Positions  und 
Orientierungsbestimmung nicht stabil möglich.

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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Wenn es nur um die Neigung in Nick und Roll richtung geht ist eine 
Inertialplattform mit Beschleunigungssensor schon stabil.

Autor: Karl Heinz (kbuchegg) (Moderator)
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Barny schrieb:
>>Interessehalber:
>>Was sind das für Gyros?
>
>>(Bin schon lange auf der Suche nach einem Gyro, der nicht oder nur sehr
>>wenig driftet. Stichwort: Helikopterfliegen)
>
> Z.B.:
> 
https://www.mikrocontroller.com/index.php?main_pag...
> Da ist der Gyro aber "etwas" teuer ;)

Danke.
Im Vergleich was dir die Modellbauindustrie für einen guten Heli-Kreisel 
abnimmt, ist das ja noch moderat :-)

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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Karl heinz Buchegger schrieb:
> Barny schrieb:
>>>Interessehalber:
>>>Was sind das für Gyros?
>>
>>>(Bin schon lange auf der Suche nach einem Gyro, der nicht oder nur sehr
>>>wenig driftet. Stichwort: Helikopterfliegen)
>>
>> Z.B.:
>>
> 
https://www.mikrocontroller.com/index.php?main_pag...
>> Da ist der Gyro aber "etwas" teuer ;)
>
> Danke.
> Im Vergleich was dir die Modellbauindustrie für einen guten Heli-Kreisel
> abnimmt, ist das ja noch moderat :-)

Wie gesagt, der MLX90609-R2 ist vergleichbar und den gibt es für 29€ bei 
den Armokopter Leuten.

Autor: Karl Heinz (kbuchegg) (Moderator)
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Simon K. schrieb:

> Wie gesagt, der MLX90609-R2 ist vergleichbar und den gibt es für 29€ bei
> den Armokopter Leuten.

Hab mir das Datenblatt schon angesehen.
Gefällt mir gut das Teil. Hat einen SPI Ausgang.
Mit einem kleinen Tiny drann wäre es doch gelacht, wenn ich da nicht 
selber einen Kreisel hinkriege :-)
Blöd ist jetzt nur, dass über Weihnachten immer so wenig Zeit zum 
Basteln bleibt :-(

Autor: Oliver W. (olliw)
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Hallo Karl Heinz,

darf ich mal fragen ob das mit einen Helikreisel selber hinkriegen 
irgendwie was geworden ist?

Ich frage deswegen weil ich seit einiger Zeit bei einigen meiner 
Koax-Heli-Projekte am Problem hänge einen Helikreisel zu programmieren. 
Ich habe da schon verschiedene Varianten ausprobiert (und auch eine 
Platine für eine Variante mit dem MLX90609 habe ich auf den Tisch 
liegen, aber nicht benutzt da dieser Gyro doch etwas teuer ist)(mein 
erster Ansatz: 
http://www.rclineforum.de/forum/thread.php?threadid=257368, und erst 
gerade eben: 
http://www.rclineforum.de/forum/thread.php?threadid=280148). Es 
funktioniert schon so in etwa mit nen einfachen P-Regler, aber eben doch 
nicht so, dass man zufrieden sein kann. Jetzt gibt es leider soviele 
Parameter in dem Spiel und so viele Möglichkeiten was man anders evtl 
besser machen könnte, dass wenn ich die alle ausprobieren wollte ich 
noch ewig leben müsste. Mir fehlt da so der richtige Plan, oder anders 
gesagt, Erfahrung, Wissen, Know How. Deswegen wäre ich sehr daran 
interesiert mehr über deinen Helikreisel-Versuch zu erfahren.

Thx,
  Olli

Autor: jogibar (Gast)
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Könnte man zum stabilisieren der Gier-Achse nicht auch ein kompass-modul 
auf basis einer Hall-Felplatte oder GMR-Effekt benutzen?

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