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Sub250g Dual-Cam Endurance Mini-Drone, BVLOS & indoor-tauglich

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72 Antworten in diesem Thema

#1 el Kopto

el Kopto
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  • Hexa / Matrice 100 hybrid mod / Jordana Endurance mit N3 + LB2 + PulseKraft PWM Erweiterung, H920 Retrofit mit HyraCom BVLOS Steuersystem

Geschrieben 05. August 2019 - 19:51

Wie hier bereits andiskutiert, ist bei mir gerade ein neues Projekt in Arbeit. Es geht dieses Mal um einen eigentlich nahezu vollwertigen Endurance Dual-Cam Missions-Kopter, aber in der Gewichtsklasse unter 250g. In der Regel findet man in dieser Klasse ja eher die kleinen Racer ohne GPS und mit analoger VTX, hier geht es aber um ein Projekt mit folgenden Eigenschaften:

  • Startgewicht <250g
  • Laaange Flugzeit (angepeilt: >40 Minuten)
  • Doppel-Kamera (Thermal 160x120 px sowie RGB Video / 8 MP Fotos), 1-Achs stabilisiert
  • GNSS (GPS, Glonass, etc.), voll Waypoint-Missions-tauglich, smart RTL (return-to-land zurück auf dem bis dahin geflogenen Pfad, also nicht zurück auf direktem Wege) etc.
  • ArduCopter Software auf dem Flightcontroller, vollwertige MAVLink Telemetrie und Missions-Kontrolle
  • indoor tauglich: Propeller-Schutz in alle Richtungen, hohe Gebäude-Durchdringung
  • BVLOS fähig mit digitaler HD Doppel-Bildübertragung und praktisch unbegrenzter Reichweite, Operationsradius mit "kleinem" Akku ca. 10 km (also ca. 20 km Flugstrecke)

Challenging bei der Diskussion vieler Details zur Gewichts-Reduzierung erfolgte mit Keilie, der auch den Frame (12,8g) beisteuerte und Possi, der auch die Batterien konfektionierte - dafür noch mal meinen ausdrücklichen Dank. Ich glaube wir drei haben alle dabei einiges gelernt und es wird sicherlich nicht der letzte Mini gewesen sein. ;)

 

Hier einige Fotos vom bisherigen Ergebnis, bestückt mit 7" Carbon-Propellern:

 

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Abb.1: Flugfertiger Aufbau (FC, ESC, GPS als Platinenstack mit 20x20mm Raster, Receiver, vorbereitete Anschlüsse für Zusatzelektronik), 97g

 

48329181881_57b79be849_b.jpg

Abb. 2: Flugfertiger Kopter mit zwei 18650er LiIon Zellen, 194g

 

48329182936_28e67f9ff9_b.jpg

 

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Abb. 3 und 4: Flugfertiger Kopter mit zwei 21700er LiIon Zellen, Verkabelung noch etwas provisorisch, 239g

 

48348689281_2e4094d227_b.jpg

Abb. 5: Flugfertiger Kopter bereits mit Schutzrahmen und zwei 18650er Zellen, 200g

 

Der Schutzrahmen aus Carbon und 3D-Druck Teilen verursacht nur 5 Gramm Mehrgewicht und ist so konzipiert, dass er sowohl von unten gegen Kippen, von allen Seiten gegen Wandberührungen und von oben gegen Deckenberührung schützt, da der Außenrand oberhalb der Propellerebene verläuft. Bis hierhin kann er erst mal nur "blind" fliegen, das letzte Bild zeigt aber im Prinzip schon die Flugplattform für die nun aufzubauende Zusatzelektronik. Für diese bleibt nach Adam-Riese ziemlich genau 50g, hierzu später mehr.

 

Mittlerweile hat er auch seine ersten beiden Maiden Flights hinter sich. Geflogen bin ich mit den großen Zellen, also rund 244g Startgewicht (239g gemäß Waage + 5g für den Schutzrahmen). In der Konfiguration verbraucht er rund 32 Watt beim Schweben. Die Zellen haben in Summe rund 36 Wh, d.h. zumindest theoretisch könnte er damit rund 67,5 Minuten schweben. Wenn es nur um einen Kopter mit möglichst langer Schwebezeit ginge, könnte man noch einen Teil der Verkabelung weglassen und bei geringfügig anderer (aber schwererer) Motorisierung noch auf 8 Zoll Propeller gehen. Auch das wäre gerade noch unter 250g machbar und es wären Flugzeiten über 80 Minuten erreichbar - dann jedoch leider ohne jeglichen Praxis-Nutzen.

 

Der Maiden-Flight fand zunächst in einem geschlossenen Raum statt, anschließend outdoor. Draußen ist er flüsterleise und schon nach wenigen Metern kaum noch wahrnehmbar.

 

 

Das Flugbild wirkt noch etwas schwammig. Er reagiert zwar sehr direkt auf Steuerkommandos, aber das Bremsverhalten ist noch zu weich - typisch für die Default-Settings von ArduCopter.

 

Ein paar Eckpunkte zur nun aufzubauenden Elektronik:

  • Das Funksystem beruht auf einer etwas abgespeckten, miniaturisierten Version meiner 3-fach-redundanten HyraCom BVLOS Funklösung. Sie wird aus Gewichtsgründen reduziert auf "nur" zwei Funkstrecken: LTE und 2,4 GHz
  • Das Thermal-Kamera Modul ist von FLIR und bietet, wie schon gesagt, 160x120 Pixel (radiometrisch).
  • Ansonsten besteht das Air-System noch aus einem kleinen Linux Companion Computer sowie einem Microcontroller. Zum Flight-Controller besteht eine SBus- und eine serielle Verbindung
  • Die beiden Kamerabilder werden als separate Live-Streams über Internet bereitgestellt, können also von überall aus und auch von mehreren Clients gleichzeitig verfolgt werden. Die Latenz beträgt rund 200 ms. Das Bild/die Bilder lassen sich neben den wichtigsten Telemetrie-Daten auch direkt auf der HyraCom Ground Unit anzeigen. Es ist also nicht zwingend ein separater Laptop mit MissionPlanner erforderlich.
  • Bei Ausfall der LTE-Strecke bleibt noch die 2,4 GHz Funkverbindung, die auch mesh-fähig ist, also über mehrere Knoten geroutet werden kann. Damit kann man z.B. indoor eine Funkstrecke über mehrere "Repeater"-Drohnen aufbauen und damit die Reichweite innerhalb von Gebäuden erhöhen, allerdings zu Lasten von Bandbreite und Latenz

Das Kamerabild der Thermal-Kamera ist zwar mit 160x120 px nicht gerade Rehkitz-suchtauglich, aber Personen oder Glutnester lassen sich damit problemlos erkennen.

 

48465294161_80831fb3e0_m.jpg

 

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Bearbeitet von el Kopto, 05. August 2019 - 20:54.

  • Rolf-K., jogi73, Upgrade 08/15 und 4 anderen gefällt das

#2 andi_pda

andi_pda
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Geschrieben 05. August 2019 - 20:38

Äußerst beeindruckend!

#3 el Kopto

el Kopto
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Geschrieben 05. August 2019 - 20:45

Danke Andi.

 

Auch wenn ich bei den höheren Auflösungen eher Thermal-Kameras anderer Hersteller bevorzuge, erscheint mir die kleine Lepton in der 160x120 px Klasse ein ziemlich gelungener und bislang wohl konkorruenzloser Wurf von FLIR. Hier ein Bild zusammen mit dem RGB Kamera-Modul (noch mit Schutzfolie):

 

48465123801_0d94d95fc1_b.jpg



#4 T69

T69
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Geschrieben 06. August 2019 - 18:00

Auch von mir ein Wow! Hatte damit ja schon mal experimentiert, aber bin nie soweit wie du gekommen... bzw. nie sooo leicht geworden! Respekt!
Darf ich nach verwendetem FC, ESC und Mororen fragen ?
Grüße,
Axel

#5 keilie

keilie
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    155:13 Minuten mit rein elektrischem Kopter unter 1Kg Abfluggewicht
    101:20 Minuten mit 250g Kopter

Geschrieben 06. August 2019 - 19:50

Ja das nächste Frame ist schon fertig. Dieses mal etwas größer, für 8" Props, dafür etwas leichter ;)

Angehängte Datei  IMAG1896.jpg   113,77K   2 Mal heruntergeladen



#6 el Kopto

el Kopto
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Geschrieben 07. August 2019 - 16:43

Darf ich nach verwendetem FC, ESC und Mororen fragen ?

 

Ich werde an dieser Stelle mal nicht ganz konkrete Produkte nennen, sondern eher generelle Empfehlungen geben: Bei so einem Projekt zählt natürlich vor allem Kompaktheit und Gewicht. Prädestiniert sind also erst mal alle FCs, 4-in-1 ESCs, und Motoren, die gemeinhin auch für leichte Racer gedacht und den Einsatz bei 2S geeignet sind. Es gibt sie für "Stacks" mit 30x30 und 20x20 mm Lochraster. Letztere sind natürlich leichter, z.T. aber auch mit gewissen Einschränkungen verbunden. Für einige von diesen FCs findet man auch ArduCopter Builds, ggf. mal googlen...

 

Wenn der Kopter mit 2S fliegen soll, muss der ESC das auch bis zur Entladeschluss-Spannung (bei LiIon Zellen also bis runter auf 5V) mitmachen. Das tun i.d.R. nur die ESCs, die für 1-2S spezifiziert sind.

 

Bei den Motoren sollte der KV Wert, wenn sie bei 2S auch noch 6,5" bzw. 7" Propeller schaffen sollen, unter 3000 KV liegen und mindestens 2000 KV betragen. Irgendwo dazwischen wird das Optimum liegen, das ich aber selbst auch noch nicht gefunden habe. Damit das ganze unter 250g bleiben kann, sollte das Gewicht der Motoren möglichst unter 12g bleiben.


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#7 Woga65

Woga65
  • 650 Beiträge

Geschrieben 07. August 2019 - 17:31

Auch von mir ein Wow! Hatte damit ja schon mal experimentiert, aber bin nie soweit wie du gekommen... bzw. nie sooo leicht geworden! Respekt!
Darf ich nach verwendetem FC, ESC und Mororen fragen ?
Grüße,
Axel


Ich schließe mich dem „WOW“ an. Geiles Projekt!

Entsprechend miniaturisierte 4-in-1 ESC finden sich unter dem Stichwort „whoop“ oder „tiny whoop“.
Unter denselben Stichworten findet man auch 1-2s taugliche F4 FCs, zum Teil sogar mit integrierten ESC und / oder FrSky Empfänger.
Ob da etwas ArduCopter taugliches dabei ist, weiß ich nicht.
Ansonsten läuft der Omnibus F4 nano unter Arducopter. Vielleicht gibt es auch 1s-2s 4-in-1 ESC mit eingebautem Step-up BEC.

#8 el Kopto

el Kopto
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Geschrieben 07. August 2019 - 19:02

Ja, manche all-in-1 Whoop Boards sind durchaus interessant, aber bislang fand ich keines, was auch GPS und ArduCopter tauglich wäre.



#9 T69

T69
  • 40 Beiträge

Geschrieben 10. August 2019 - 11:19

Danke euch für die Anhaltspunkte ... ich bin gespannt, wie es weiter geht ...



#10 Tieffliger

Tieffliger
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  • Mavic Air

Geschrieben 10. August 2019 - 12:05

RESPEKT !!

 

Einfach irre und das beste das die magische 250g Grenze unterboten wird !
Der Nachteil an so einem Leichtgewicht sehe ich in der windanfälligkeit ?



#11 el Kopto

el Kopto
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Geschrieben 11. August 2019 - 13:14

Der Nachteil an so einem Leichtgewicht sehe ich in der windanfälligkeit ?

Sicherlich ist so ein auf Effizienz getrimmter Mini windempfindlicher, als z.B. ein Racer oder ein 900g Mavic Pro.

 

Wir waren damit gestern zusammen mit zwei Racern auf einem Übungsgelände, wo wir diverse outdoor und indoor Tests gemacht haben. Windgeschwindigkeiten waren ca. zwischen 20 und 30 km/h, in Böen sicherlich noch mehr. Zwischen den Gebäuden entstanden zusätzlich noch unangenehme Düsen und Verwirbelungen. Zeitweise wurde einem schon etwas mulmig, wenn man den Kleinen gegenan kämpfen sah - hat er aber alles brav weggesteckt. Vorteilhaft war hier sicherlich auch der sehr filigrane Schutzkorb um den Kopter herum, der nicht viel Angriffsfläche bot.

 

Die Anwesenden waren offensichtlich ziemlich erstaunt, dass man einen quasi vollwertigen Doppelkamera Kopter mit LTE + 2,4 GHz Funksystem unter 250g bauen kann. Natürlich ist er nicht so agil und robust, wie ein Racer, aber den Kopter mit losgelassenen Sticks einfach "in die Luft stellen" zu können und die Kamera dabei nach Belieben in der Pitch-Achse schwenken zu können, ist für ungeübtere Steuerer in praxisnahen Einsatzszenarien im Vergleich zu Racern ein immenser Vorteil. Indoor muss man natürlich mangels GPS immer etwas nachregeln. Auch das bereits aus 4-5 Metern fast nicht mehr wahrnehmbare Geräusch überraschte die Umstehenden. Als mein Akku bei ca. 65% war, hatten die Racer schon 4 Akkus durch und einer hatte bereits zwei Crashs hinter sich... ;)

 

Gestern arbeitete das HyraCom LTE Funksystem zunächst nur für die Bild- und Telemetrie-Übertragung. Die Steuerung lief noch über einen R-XSR Receiver - das wird als nächstes umgestellt, damit er tatsächlich BVLOS fähig wird. Ich suche auch noch nach der besten Anordnung der Komponenten. Wenn die feststeht, muss ich noch mal an die Kabel und Steckverbindungen ran. Das sah gestern alles noch recht wurschtelig aus und da sind auch noch diverse Gramm rauszuholen.


EDIT:
 

Noch zwei Fotos von gestern:
 

Livestream und rudimentäre MAVLink Telemetrie auf dem HyraCom Ground System:
 

48504410221_796157b005_h.jpg

 

Volle MAVLink/ArduCopter Telemetrie und Missions-Steuerungsmöglichkeiten via Mission Planner (mittels Bluetooth zum Ground System verbunden):

 

48510349187_df5e20dc63_h.jpg


Bearbeitet von el Kopto, 11. August 2019 - 13:32.

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#12 Tieffliger

Tieffliger
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Geschrieben 11. August 2019 - 17:40

el Kopto, der Lütte könnte ruhig in Serienproduktion gehen.

 

Schon klar das so ein Leichtgewicht dem Wind nichts entgegen zu setzen hat.
Trotzdem sind deine Berichte sehr vielversprechend, geradezu beeindruckend was alles unter 250g Startgewicht gebaut werden kann :first:


Bearbeitet von Tieffliger, 11. August 2019 - 17:40.


#13 WiSi-Testpilot

WiSi-Testpilot
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  • Ortwestliches Münsterland
  • Kopter mit N3 & A3,
    Videoübertragung: LB2 mit CrystalSky & Connex.
    Kameras: Gopro H3+, Sony RX0,
    Sony A 6000 (NIR, Vis & UV),
    Flir Vue Pro R 640 (LWIR),
    Connex ProSight (NIR)

Geschrieben 11. August 2019 - 17:46

Klasse Projekt. Ich bin auch sehr beeindruckt.
Viele Grüße,
Wilhelm

#14 el Kopto

el Kopto
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Geschrieben 11. August 2019 - 22:12

Hier zum Vergleich mit ein paar anderen Mini-Racern:

 

48514433026_481615a3ee_b.jpg


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#15 keilie

keilie
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    155:13 Minuten mit rein elektrischem Kopter unter 1Kg Abfluggewicht
    101:20 Minuten mit 250g Kopter

Geschrieben 19. August 2019 - 20:29

Wie bereits schon erwähnt, habe ich mir auch so ein 250g Kopter gebaut. Habe heute den ersten Testflug gemacht. Da ich nicht gleich die Norm versauen möchte, bin ich nach 60min Flugzeit gelandet. ;)

 

Angehängte Datei  IMAG1900.jpg   169,4K   0 Mal heruntergeladen

Das gute Stück ist etwas schwerer als el Koptos Kopter, da ich etwas größere Motoren verbaut habe

Angehängte Datei  IMAG1902.jpg   167,58K   0 Mal heruntergeladen

Abflugbereit mit GPS und 433MHz Telemetrie und Akku

 

Angehängte Datei  IMAG1904.jpg   105,71K   0 Mal heruntergeladen

 

Wie viel ich in der einen Stunde verflogen habe wird sich zeigen, lade gerade den Akku

 

 


Bearbeitet von keilie, 19. August 2019 - 20:53.

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