letzter Update: 9. 4. 2013     Updategeschichte     Umstieg von 0.33 auf 0.34     Zur 'eingefrorenen' Version für 0.33

Ich sammle für diese Anleitung aus allen möglichen Quellen Text zusammen (hauptsächlich natürlich von 'ufo-hans'), meist ohne Quellenangabe, ich hoffe, mir ist niemand böse über den 'Klau', ich sehe dieses 'Werk' deshalb auch nicht als meines an, sondern als Gemeinschaftsprodukt. Ich bin 'stichw' bzw.

Diese Anleitung ist teilweise ungeprüft, verwende sie bitte mit Vorsicht und überzeuge dich selbst, ob das alles so richtig ist, was da steht.

Sachen, die noch unklar sind, sind orange geschrieben. Hintergrundinformation ist braun geschrieben.

stichw Standardkopter   
  fertige Rahmenteile   
ARMoTool   
  Wi.232   
  Bluetooth   
Bauteile   
  Beschaffung   
  Kennzeichnung   
FTDI    Motorregler   
Motortests   
GPS    SMD-Bestücken   
Messen und Prüfen   
FAQ   
Abkürzungen   
Hintergrundwissen   
OpenLog   

Umstieg von 0.33 auf 0.34

anfängerfreundliche
Bau- und Betriebsanleitung Arm-O-Kopter



Diese Beschreibung ist nicht mehr aktuell. Seit Mai 2013 fand keine Aktualisierung mehr statt. Es gibt auch Reste die zu noch älteren Versionen gehören. Möglicherweise ist diese Beschreibung aber trotzdem für den Einsteiger nützlich.

OSD ist nicht beschrieben!

Inhaltsverzeichnis

Teil 1
Vorwort
Einleitung
Gültigkeit
prinzipielle Funktionsweise
mein Standardkopter
Grundsatzüberlegungen
  Frequenzplanung
  Stromversorgung
Das Gesamtsystem
-----------------------------------------------------------------
Teil 2
Die Hauptplatine
  Subplatinen
  Kühlkörper
Das ARMoTool
Signalgeber
-----------------------------------------------------------------
Teil 3
Fernsteuerung
  2,4 GHz
  35 MHz
-----------------------------------------------------------------
Teil 4
Motorregler
-----------------------------------------------------------------
Teil 5
Rahmen
  Verkabelung
  Stromverteiler
  Schutzring
Motoren und Propeller
Landebeine
Beleuchtung
Zusammenbau
-----------------------------------------------------------------
Teil 6
Inbetriebnahme des Arm-o-Kopters
  In der Hand
  Einstellung der 'Flight Stabilization' Parameter
  Einstellung der 'Height Stabilization' Parameter
  Einstellung der 'Compass Settings' Parameter
  Einstellung der 'GPS' Parameters
Tipps für den Erstflug
Firmwareupdate
GPS
OSD
Bedienungshinweise
-----------------------------------------------------------------
Teil 7
Videoübertragung
Kameraaufhängung
-----------------------------------------------------------------
Teil 8
Akku
Ladegerät
Steckverbindungen für den Akku
und zum Schluss
Oszillogramme


Vorwort

"Warum diese 'private' Beschreibung hier, das sollte doch in Wiki sein!"
Ja, natürlich. Aber ich finde, das Wiki ist für so ein umfangreiches 'Werk' nicht besonders geeignet. Z.B. kann ich hier die Beschreibung auch auf meinem PC halten, was mir das Bearbeiten sehr erleichtert. Ausserdem ist das Editierfenster im Wiki sehr klein und springt - zumindest auf meinen PCs - immer an den Anfang, auch wenn ich weiter unten im Dokument etwas ändere. Ferner kann ja im Wiki jedermann Änderungen vornehmen, das hat seine Vorteile, aber natürlich auch den Nachteil dass ich den Überblick über den Dokumentenstand verliere. In einigen Kapiteln verweise ich auf das Wiki und beschreibe diese Sachen hier nicht.

"Deine Beschreibung ist eine so riesige Datei, das dauert so lange zu laden, das ist unhandlich!"
Ja, ich weiss, ich könnte das auch zerteilen, nur laufen dann alle von mir bisher im Forum geposteten Links zu dieser Beschreibung ins Leere.

Der hier beschriebene Arm-O-Kopter ist © Hans Haider alias 'ufo-hans'.

Einleitung

Diese Beschreibung soll es auch einem Neueinsteiger ohne besondere Vorkenntnisse ermöglichen, einen Arm-O-Kopter zu bauen und zu fliegen. Handwerkliches Geschick und Grundkenntnisse in der Elektronik sind aber schon Voraussetzung, um erfolgreich zu sein.

Dies ist kein 'Schnellbausatz', sondern ein Prototypen-Projekt, das sich in laufender Veränderung/Verbesserung befindet. Geduld, Ausdauer und selbständiges Denken und überlegen sowie Kontakte zu anderen Arm-O-Kopter Kollegen ( Forum, Koptertalk) sind Voraussetzung für ein Gelingen. Rechne mit mehreren Monaten Bauzeit.

Auch das Fliegen will gelernt und trainiert werden. Hier liegt für mich der besondere Reiz an diesem Hobby. Der Arm-O-Kopter fliegt zwar eigenstabil und 'fast von alleine', trotzdem erfordert es viel Übung ihn sicher zu beherrschen. Immerhin müssen 4 Freiheitsgrade gesteuert werden (vorne/hinten, links/rechts, rauf/runter und drehen), das ist erheblich anspruchsvoller als z.B. Autofahren und auch ein 'Stehenbleiben wenn ich mich nicht mehr auskenne' ist nicht möglich. Wenn Du 'normal talentiert' bist, so wie vielleicht 90% der Piloten, wirst Du nach etwa 14 Tagen beginnen, vorne/hinten und links/rechts bereits automatisch, also ohne vorheriges Überlegen richtig zu steuern (vorausgesetzt der Kopter schaut mit der Nase weg von Dir). Schön langsam wird dann auch Gasgeben und Drehen dazukommen. Am Anfang hilft sehr viel das automatische Höhe halten (mit Hilfe des Barometersensors), weil man damit gefahrlos Flugmanöver, z.B. im Kreis fliegen oder Achterfliegen trainieren kann (auf einer grossen Wiese ohne Hindernisse üben!). Sehr schwer fällt es den meisten Piloten, den Kopter auch dann zu beherrschen, wenn die Nase zum Piloten schaut. Ich kann das nach nunmehr 3 Jahren 'Flugerfahrung' noch immer nur ansatzweise (übe es aber auch nicht besonders). Es gibt aber auch Ausnahmetalente, die beherrschen den Kopter schon nach wenigen Tagen in allen Fluglagen. Aber das ist wie gesagt die Ausnahme. Wichtig ist auch zu lernen, welche Flugmanöver sicher sind und welche man lieber nicht fliegt. Also hier nicht die Geduld verlieren, wenn Dir Dein Lernfortschritt nicht schnell genug geht.

Sehr sorgfältiges und gewissenhaftes Arbeiten ist unbedingt erforderlich. Es handelt sich schließlich nicht um ein Fernsteuerauto oder Boot, das halt stehenbleibt wenn ein Fehler auftritt, das Ding hier fliegt und fällt demgemäss vom Himmel, wenn irgendetwas nicht stimmt, und das sind oft nur 'Kleinigkeiten'. Und dann ist der Schaden oft beträtchlich.

Wer eher nur fliegen will und sich nicht so sehr mit der Technik und der SMD-Löterei beschäftigen will ist sicher besser bei einem anderen Projekt, z.B. dem Mikrokopter, DJI, AutoQuad etc. aufgehoben, wo es fertige Bausätze mit industriell gefertigten und bestückten Platinen gibt.

Solchen Leuten entgeht aber dann natürlich der Reiz des Selbstbauens, wo man sehr viele interessante Erfahrungen sammeln kann und ein viel tieferes Verständnis der Materie entwickelt. Ausserdem ist der selbstgebaute Arm-O-Kopter natürlich wesentlich preiswerter als z.B. der Mikrokopter.

Im Forum gibt es genug Leute, die Dir bei Fragen und Problemen geduldig helfen, aber erwarte keine Wunder. Ferndiagnosen sind schwierig, eigenständiges Überlegen ist schon Grundvoraussetzung. Und alles wissen wir auch nicht!

Noch ein Wort zu anderen Koptern, deren es ja inzwischen eine ganze Menge gibt: Am ehesten vergleichen würde ich den Arm-O-Kopter mit dem Mikrokopter und dem 1hoch4. Der Mikrokopter ist sozusagen der 'Platzhisch' unter den Selbstbaukoptern. Wenn man hauptsächlich fliegen will, vielleicht auch vor allem 'professionell' mit Kamera, würde ich eher den Mikrokopter wählen, weil man hier viel weniger basteln muss: Bausatz kaufen, 'zusammenstecken' und fliegen. Beim Arm-o-Kopter muss man sich mehr mit der Elektronik und dem Löten der Platinen beschäftigen sowie auch mit den umfangreichen Parametern.
Weiters gibt es noch fertige Kopter zu kaufen, z.B. von Conrad oder den Gaui, auch die Parrot AR-Drone usw. Ich habe allerdings den Eindruck, dass diese Geräte nicht so gut fliegen wie viele Selbstbaukopter. Auch haben sie meist keine GPS-Möglichkeit und es gibt sie natürlich nur in Quadro-Konfiguration.
Ein wesentlicher Unterschied ist noch zu berücksichtigen: Einige Selbstbaukopter verfügen nicht über einen Beschleunigungssensor (ACC) und fliegen daher nicht eigenstabil. Solche Kopter sind nur für geübte Modellpiloten geeignet, ihr Flugverhalten entspricht dem eine Modellhelikopters (ohne zusätzliche elektronische Lagesatabilisierung).
Ein Hinweis für diejenigen, die gerne programmieren: der Arm-o-Kopter ist 'Closed Source', was die Hauptplatine betrifft. Aber OSD, Motorregler z.B. sind Open Source. Weiters ist die Bedienschnittstelle (also das Protokoll der seriellen Schnittstelle zur Übertragung der Parameter und Debugwerte) offengelegt, sodass man hier 'Eigenlösungen' verwirklichen kann.



Gültigkeit

Diese Beschreibung bezieht sich auf
Hauptplatine V3 und V4
Gyrosensor: MLX90609-R2
Beschleunigungssensor: MXR9500
Luftdrucksensor: MPXH6115A
Kompasssensor: Micromag3 oder HMC5843
Firmwareversion 0.34 vom 25. 2. 2012 bzw. neuere Versionen



prinzipielle Funktionsweise

Der Arm-O-Kopter ist eine elektrisch betriebene Schwebeplattform. Standardmäßig sorgen 4 in Kreuzform angeordnete Propeller für den Auftrieb und die Steuerung des Fluggerätes (es gibt Ausführungen mit mehr Propellern in diversen Anordnungen, die hier aber nicht beschrieben werden).

2 gegenüberliegende Propeller drehen sich im Uhrzeigersinn, die beiden anderen entgegen dem Uhrzeigersinn. Durch Veränderung der Drehzahlen der Propeller wird der Arm-O-Kopter gesteuert. Wird die Drehzahl der beiden rechtsdrehenden Propeller verringert und die der linksdrehenden erhöht, so dreht sich der Arm-O-Kopter im Uhrzeigersinn um die Hochachse ('Gier' bzw. 'Yaw'). Wird die Drehzahl des hinteren Propellers erhöht und die des vorderen verringert, kippt der Arm-O-Kopter nach vorne ('Nick') und nimmt Fahrt nach vorne auf. Wird die Drehzahl des rechten Propellers erhöht und die des linken verringert, kippt der Arm-O-Kopter nach links ('Roll') und nimmt Fahrt nach links auf.

Um den Arm-O-Kopter in einer stabilen Fluglage halten zu können, sind sehr schnelle und feine Drehzahländerungen der Propeller erforderlich, die nur durch eine elektronische Regelung möglich sind. Zur Bestimmung der Fluglage besitzt die Steuerung 3 Kreisel, welche Drehungen erkennen. Diese Kreisel sind nicht vollkommen, d.h. sie unterliegen einem Drift, sodass nach einiger Zeit des Fluges die Fluglage durch die Kreisel nicht mehr zuverlässig bestimmbar ist. Ein 3-Achs-Beschleunigungssensor soll dieses Manko ausgleichen und die Richtung der Schwerkraft erkennen. Die Ausrichtung in Gier-Richtung wird durch einen Kompasssensor stabilisert, eine stabile Flughöhe wird mit Hilfe des Luftdrucksensors sichergestellt und die absolute Position kann mittels GPS gehalten werden.

Der Arm-O-Kopter kann mit einer kleinen Foto- bzw. Video-Kamera ausgerüstet werden. Die Kamera wird trotz Nick- und Roll-Bewegungen des Arm-O-Kopters in einer stabilen Lage gehalten und kann per Fernsteuerung geneigt und ausgelöst werden. Das 'Sucherbild' der Kamera kann mittels Funkübertragung zur Bodenstation gefunkt werden.

Weiters wurde ein OSD (On Screen Display) für FPV (First Person View)-Flug entwickelt. FPV-Flug bedeutet, dass am Arm-O-Kopter eine Videokamera installiert ist, deren Signal über Funk (2.4 GHz oder 5,8GHz) zum Piloten übertragen wird. Der Pilot hat eine Videobrille auf und hat damit eine Sicht, als ob er an Bord des Arm-O-Kopters wäre. Diverse Fluginformationen (z.B. Flughöhe, Kompassrichtung, Flugzeit etc.) werden vom OSD in dieses Videobild eingeblendet.

Gesteuert wird der Arm-O-Kopter mittels einer handelsüblichen Modellbau-Fernsteueranlage, wobei mindestens 4 Kanäle (Gas, Gier, Nick, Roll) erforderlich sind. Schon mit 8 Kanälen wird man im Allgemeinen das Auslangen finden, einen Fotokopter z.B. kann man damit schon steuern. Wer alle Spielreien - äh - Leistungsmerkmale - voll ausschöpfen möchte braucht 12 Kanäle, aber besser 16.

Die Zuordnung der Kanäle zu den einzelnen Steuerfunktionen ist konfigurierbar. Hier eine Beispiel-Konfiguration:

Kanal 1 steuert Roll (Drehung um die Längsachse)
Kanal 2 steuert Nick (Drehung um die Querachse)
Kanal 3 steuert Gas
Kanal 4 steuert Gier (auch als Yaw bezeichnet, Drehung um die Hochachse)
Kanal 5 Schalter: Höhe halten (in Verbindung mit Barometersensor)
Kanal 6 3-Stufenschalter: Null - Position halten - Coming Home/Waypointfliegen (in Verbindung mit GPS)
Kanal 7 3-Stufenschalter: Sinken - Höhe halten - Steigen (in Verbindung mit dem Barometersensor)
Kanal 8 Potentiometer: steuert Kamera Nick
Kanal 9 Taster oder Schalter: steuert den Kameraauslöser
Kanal 10 2-Stufenschalter: Stabilisierungsmodus: HeadingHold - ACC
Kanal 11 Potentiometer: Parametereinstellfunktion
Kanal 12 Potentiometer: Parametereinstellfunktion
Kanal 13 3-Stufenschalter: Flugmodus
Kanal 14 3-Stufenschalter: OSD-Displaymodus
Kanal 15 Nick über Lagesensor der Fernsteuerung
Kanal 16 Roll über Lagesensor der Fernsteuerung

oder mit einer 8-Kanal Fernsteuerung:

Kanal 1 steuert Roll (Drehung um die Längsachse)
Kanal 2 steuert Nick (Drehung um die Querachse)
Kanal 3 steuert Gas
Kanal 4 steuert Gier (auch als Yaw bezeichnet, Drehung um die Hochachse)
Kanal 5 3-Stufenschalter: Null - Position und Höhe halten - Coming Home (in Verbindung mit GPS und Barometersensor)
Kanal 6 3-Stufenschalter: Sinken - Höhe halten - Steigen (in Verbindung mit dem Barometersensor)
Kanal 7 Potentiometer: steuert Kamera Nick
Kanal 8 Taster oder Schalter: steuert den Kameraauslöser
  klick für größeres Bild

Der Arm-O-Kopter ist sowohl für indoor als auch für outdoor geeignet. Er ist eigenstabil ähnlich eines Koaxial-Helikopters, d.h. wenn man die Steuerknüppel in Neutralstellung bringt (loslässt) nimmt er selbständig eine stabile Schwebeposition ein. Das Steuern des Arm-O-Kopters ist daher relativ leicht zu erlernen. Selbst ohne jegliche vorherige Fernsteuer-Erfahrung ist es innerhalb weniger Tage möglich, den Arm-O-Kopter zu manövrieren. Mit fortschreitender Übung über einige Monate, oder wenn man schon Modellflug-Erfahrung hat, sind dynamische Flugmanöver beherrschbar. Der Arm-O-Kopter ist aufgrund seiner Konstruktion (starre Propeller) nicht für Rückenflug geeignet. Schräglagen bis ca. 80 sind fliegbar.
Im 'HH-Modus' (Heading Hold) ist die stabilisierende Wirkung des Beschleunigungssensors ausgeschaltet und der Arm-O-Kopter reagiert auf die Steuerung ähnlich einem Helikopter, Loopings sind möglich.




mein Standardkopter

Am Umfang dieser Beschreibung sieht man schon, dass es nicht ganz so trivial ist, einen gut funktionierenden Kopter zu bauen. Um das zu erleichtern bzw. um einen möglichst frustfreien Start zu ermöglichen, stelle ich hier einen 'Standardkopter' vor. Dazu biete ich auch einige lasergeschnittenen Rahmenteile an und stelle eine Parameterdatei zur Verfügung, somit kann man schnell einmal den Kopter in die Luft bekommen.

Es ist ein einfacher Quadrokopter mit Roxxy 2824-34 Motoren und EPP1045 Propellern, als Akku wird ein 3S Akku verwendet.

Es ist mein Übungs-/Test-/Crash-/Spaßkopter und fliegt sehr gut. Der Kopter wiegt 930 Gramm inklusive Akku. Flugzeit (Schweben in PH bei Wind 4 bft und 12C Lufttemperatur) war zuletzt 19:45.

Hier geht es weiter mit der Beschreibung des Standardkopters.




Grundsatzüberlegungen

Hier beschrieben ist sozusagen das 'Standardmodell' Quadrokopter: 4 Motore, 3S-Flugakku (11,4V), 35MHz Fernsteuerung.

Man kann den Arm-o-Kopter auch mit bis zu 12 Motoren in verschiedenen Anordnungen bauen, einen Flugakku mit mehr Zellen nehmen und eine 2,4 GHz-Fernsteuerung (empfohlen).
Das ist aber hier (noch) nicht beschrieben.

Einige Grundsatzüberlegungen zur Frequenzplanung und Stromversorgung mit mehr als 11,4V.




Das Gesamtsystem

Der Arm-O-Kopter betsteht in der Basisausführung aus

Rahmen
4 (3 bis 12) Motoren mit Propellern
4 (3 bis 12) x Ansteuerelektronik für die Motoren (Motorregler)
Hauptplatine (Hauptrechner mit Sensorik)
Piezo-Schallgeber
Fernsteuerempfänger
Fernsteuersender
Akku
Ladegerät

zusätzliche Ausstattungen:

GPS-Empfänger
Funk-Datenverbindung (z.B. Bluetooth oder Wi.232)
Beleuchtung
Landegestell
Kameraaufhängung
Video-übertragung
OSD (on screen display)

Es werden bis zu 12 Motoren unterstützt, die Anordnung der Motoren wird in einer Konfigurationstabelle dem System mitgeteilt.


zum folgenden Teil 'Hauptplatine'