Robodrohne – Hardware

 

Bauteil
Beschreibung
Bezugsquelle
1070 – PhidgetSBC RoboDrohnes “Hirn” http://www.phidgets.com/products.php?category=21&product_id=1070
1056 – PhidgetSpatial 3/3/3 Das Messsystem (IMU). http://www.phidgets.com/products.php?category=1&product_id=1056
1061 – PhidgetAdvancedServo 8-Motor Steuert unsere Antriebsmotoren. http://www.phidgets.com/products.php?category=11&product_id=1061
1128 – MaxBotix EZ-1 Sonar Sensor Misst die Höhe über Grund bis 6 m. http://www.phidgets.com/products.php?category=2&product_id=1128
1123 – Precision Voltage Sensor Der Spannungsmesser. Überwacht die Stromversorgung. Auslaufmodell.
LiPo-Akku V-MAXX 35C3/4400 11,1V G3,5 2 Stück RoboDrohnes Stromversorgung. http://www.modellbau-und-spiel.de/
Pichler Boost 25 Brushless
Pichler XQ30 Brushless Regler jeweils 4 Stück
Die Antriebsmotoren und Regler. http://www.modellbau-und-spiel.de/
APC 11×7″ Luftschrauben 2 Pusher, 2 Puller Luftschrauben speziell für Elektroflug. http://www.modellbau-und-spiel.de/
Zentralplatten, Motorträger, Ausleger… Die Bauteile des Rahmens aus Aluminium. Baumarkt
Verbundplatten Träger für unsere Phidgets, aus Balsaholz verstärkt mit Glasfaservlies und Epoxydharz. Baumarkt
Kleinteile Schwingungsdämpfer, Schrauben etc… Baumarkt

 

Im Folgenden zeigen wir euch, wie wir die Hardware der RoboDrohne aufgebaut haben.

Zunächst einmal wurde die Struktur der Drohne in SolidWorks konstruiert, um einen groben Überblick zu haben, wie die Komponenten angeordnet werden sollen. Außerdem wurden Pläne für die Frästeile angefertigt. Diese sind die CenterPlates und die Motorträger. Links ist der zentrale Aluminiumrahmen als CAD-Baugruppe zu sehen. Wie Ihr weiter unten lesen werdet schaut der auch in der Realität genauso aus…

Hier die Einzelteile, aus welchen die Struktur aufgebaut ist. Gut zu sehen die Ausleger in der Mitte. Die Motorplatten und die Centerplates rechts. Links liegen die mit Glasfaser verstärkten Balsaholzplatten, welche die gesamte Elektronik halten. sie wiegen jeweils etwa ein drittel weniger als die Aluminiumplatten

Der zusammengesetzte Rahmen. Wie man sieht sieht er exakt aus wie in der Konstruktion gedacht, und um ehrlich zu sein, es sieht gut aus…

Aber ernsthaft, man sieht unten die  mit Abstandshaltern befestigte SBC-Ebene, auf welcher der Rechner sitzen wird. Auf der oberen Centerplate sind noch provisorische Abstandshalter für die Sensorebenen zu sehen, diese werden noch von Schwingungsdämpfern ersetzt.

Und hier der Rahmen, fertig zum Bestücken mit der Elektronik und den Motoren.

Alles weitere kommt mit der Zeit…

Die vier Pichler BOOST 25 Brushless Motoren mit zugehörigen Pichler XQ30 Reglern. Um das Gesamtdrehmoment auf die Drohne auszugleichen, müssen sich jeweils zwei Motoren in entgegengesetzte Richtungen drehen. Deswegen sind je zwei Propeller als Pusher und zwei als Puller ausgelegt.

Links die Sensorebene mit darauf montiertem W-LAN – Stick. Das linke Modul ist der Servocontroller, rechts das Voltmeter. Die Platine rechts ist der SBC mit angeschlossenem Sonar-Sensor (hinter der Antenne). Die USB-Kabel sind selbst gelötet, da die, die man kaufen kann, zu schwer und zu lang sind. Sie sind hier nicht geschirmt, da Übertragungsstörungen bei unseren Längen (10cm) nur gering ausfallen sollten. Für den Fall, dass die Störungen Überhand nehmen, müssen die Kabel noch geschirmt werden.
Das Gyroskop ist Rückseitig auf der Sensorebene Montiert, sodass es möglichst nahe am Scherpunkt der Drohne angeordnet ist. Die gesamte Sensorebene ist später auf Schwingungsdämpfern montiert.

Der Rahmen mit fertig montiertem Kabelbaum. Wir schließen alle Akkus und alle Motoren parallel. Unsere Überlegung dabei: wenn wir die Stromversorgung aufteilen und ein Akku stärker entladen wird als der andere, dann haben nicht alle Motoren dieselbe Arbeitsspannung, was zu einem einseitigen oder diagonalen (je nach Anordnung) Leistungsverlust führen kann (der SBC muss auch versorgt werden). Allerdings haben wir hier das Problem, dass wenn ein Motor plötzlich mehr Strom zieht, dann führt dies zu einem Leistungsverlust bei den anderen dreien und im Endeffekt zum selben Ergebnis, dem Überschlag.
Wir werden sehen, ob es sich bewahrheitet.
Die mit gestreiftem Klebeband abgeklebten Enden werden noch mit Steckern versehen. Dies sind die Zuleitungen von den Akkus.

Der Rahmen, hier schon mit zwei fertigen Steckern, und den montierten Motoren.

Die montierten Regler. Sie sind für die ersten Tests noch mit Lüsterklemmen am Kabelbaum befestigt. In späteren Phasen werden sie jedoch angelötet. Die Regler selbst sind mit einer Moosgummiunterlage versehen, um die Elektronik zu schützen. Eine Montage auf den Armen hat den Vorteil, dass die Kühlkörper der Regler direkt von den Propellern angeblasen werden und somit die Kühlung gewährleistet ist.

Die RoboDrohne fertig montiert, bereit für die ersten Tests. Die Propeller sind allerdings auf dem Foto noch nicht richtig angeordnet. Die Drohne soll in X-Konfiguration fliegen und die Antenne ist hinten. Damit ist auch die Flugrichtung definiert und die ersten Tests beginnen.

Damit ist die Sektion Fertigstellung vorübergehend abgeschlossen und wir bringen der RoboDrohne nun das Fliegen bei. Die nächsten Arbeitsschritte sind demnach in den Bereichen “Software” und “Bilder und Videos” zu finden. Hier gehts dann weiter, wenn wir soweit sind, dass wir Nutzlast transportieren können. Unter Nutzlast verstehen wir Kameras, GPS, Zeitungen, Einkäufe, Wasserbomben… :-)

Robotik in Java.