Quadrocopter Baubericht

Da ich mit meinem Quadrocopter hauptsächlich filmen möchte, ist mir vor allem ein möglichst ruhiges und stabiles Flugverhalten wichtig. Bisher nutzte ich als Frame eine Quadrixette 30, deren Ausleger ich um jeweils 4,5cm verlängert hatte, um eine höhere Stabilität zu erhalten. Das Flugverhalten der Quadrixette änderte sich auch und ein stabilerer Flug wurde möglich. Leider erreichte ich durch die Verlängerung der Ausleger aber auch leichte Vibrationen, welche man auf den Videos erkennen kann und durch eine Entkoppelung der Cam nicht vollständig beseitigt werden kann. Daher entschied ich mich, einen neuen, großen Quadrocopter für ruhige Kameraflüge zu bauen.

Der Motorabstand soll in etwa 60cm betragen, wodurch ich sowohl 10″ als auch 12″ Propeller nutzen kann. Die Länge eines Auslegers beträgt 33cm. Als Motoren kommen Robbe Roxxy 2827-34 mit folgenden technischen Daten zum Einsatz kommen:

  • Abmessungen: Ø 28 x 29 mm
  • Gewicht ca.: 57 g
  • Umdrehung / Volt: 760
  • Spannung: 7-12 Volt

Die Robbe Roxxy Motoren sollen über eine hohe Laufruhe verfügen, was bei den bisher verwendeten China-Motoren nicht wirklich der Fall ist. Als Propeller habe ich mir 10×4,5 und 12×4,5 besorgt, damit mir ein Vergleich hinsichtlich Flugverhalten und Flugdauer ermöglicht wird. Als Centerplate nutze ich eine gefräste CFK-Platte, welche ich noch im Bastelkeller hatte.
Für die Ausleger wählte ich Alu-Vierkantrohr mit einer Seitenlänge von 15mm und einer Dicke von 1mm. Regler werden Hobbywing Flyfun 18A, welche die maximale Belastung (hoffentlich) aushalten sollten. Als Flightcontrol benutze ich meine DJI Naza, welche auf einer Platte verklebt ist. Diese Platte wird auf meinen Quadrocoptern angeschraubt wodurch ich die Flighcontrol in Zukunft einfach von einem auf den anderen Quad wechseln kann. So in etwa soll das ganze einmal aussehen:

Die Ausleger meines Quadrocopters

Die Ausleger habe ich auf eine Länge von 33cm zugeschnitten und im nächsten Schritt Bohrungen für die Befestigung an der Centerplate und für die Motoraufnahme vorgenommen. Das Bohren der Löcher nimmt wirklich immer einiges an Zeit in Anspruch, da man die Löcher zuerste markieren, dann anreißen und schließlich exakt bohren muß. Meine Standbohrmaschine erweist sich dabei aber als guter Kauf, welcher die Arbeit extrem erleichtert.
Nach dem Bohren habe ich die Ausleger noch mit schwarzem Autolack angesprüht, damit der Copter später auch nett anzusehen ist – das Auge fliegt ja schließlich auch mit 😉 Hier ein Bild der fertig gebohrten und lackierten Ausleger:

Ich werde wohl noch einen zweiten Lackiergang vornehmen

Während ich die Ausleger anfertigte, überlegte ich mir, ob ich diese noch durch weitere Bohrungen leichter machen sollte, was aber auf Kosten der Stabilität geht und gar nicht einmal soviel Gewichtsgewinn bringt. Daher belasse ich die Ausleger fürs Erste einfach so und schaue, was am Ende dabei für ein Gewicht dabei herauskommt.

In den nächsten Schritten werde ich folgende Arbeiten verrichten:

  • Hobbywing Regler auf den Gasweg einlernen
  • Kabel in die Ausleger verlegen; dafür neue Bohrungen vornehmen
  • Mir Gedanken zur Centerplate und der Akkuhalterung machen
  • Halterung meiner Gopro Cam planen; diese sollte möglichst weit unten hängen, damit weder Ausleger noch Propeller im Bild zu sehen sind
  • Ausleger an Centerplate befestigen
  • Stromverteiler löten
  • Halterung für FPV-Videosender planen
  • Landesgestell
  • Platz für den Empfänger suchen
  • Platz für den Lipo Warner suchen
  • Ort für die Regler; eigentlich sollten diese einen möglichst kurzen Weg zu den Motoren haben, aber ich spiele mit dem Gedanken, diese in einer Aufnahme unterhalb der Centerplate zu verbauen

Regler Gasweg einlernen

Einen weiteren Tage später habe ich nun alle genannten Arbeitsgänge erledigt. Der Bau hat sich vor allem etwas hingezogen, da ich Probleme mit dem Einlernen des Gasweges der Hobbywing Flyfung 18A Regler hatte. Das Problem bestand darin, dass ich meinen Throttle-Weg umkehren musste, um die Regler in die Gasweg Kalibrierung zu bekommen. Nachdem ich dies herausgefunden hatte, ging es eigentlich ganz schnell voran. Ein Regler musste während der Tests leider daran glauben, keine Ahnung warum genau – aber es bewahrheitet sich stest: immer mehr als nötig Material besorgen, damit man Ersatz zuhause hat.

Befestigung & Verkabelung der Motoren

Als erstes habe ich meine Robbe Roxxy 2827-34 Motoren mit den Auslegern verschraubt. Im Gegensatz zu den bisher benutzten Keda Motoren ist das Gewinde der Robbe Motoren sauber geschnitten und das Verschrauben wurde somit zu keiner großen Fummelei. Ich habe mich übrigens entschieden, die Kabel doch nicht in den Auslegern zu verlegen. Irgendwie habe ich ein besseres Gefühl dabei, wenn ich weiß, dass ich schnell an die Kabel rankomme, ohne meinen Quad zerlegen zu müssen und ich wollte so wenig wie möglich Kabel benutzen.

Hier mein Frame mit verschraubten Motoren – sieht doch schon mal ganz passabel aus.

Löten der Stromverteilung

Nachdem ich die Motoren an den Auslegern verschraubt hatte, machte ich mich an das Löten der Stromversorgung. Hierzu benutze ich einen Stromverteiler, der für kleines Geld bei Goodluckybuy erworben werden kann. An der kleinen Platte lassen sich die Kabel sehr leicht verlöten. Für die Akkus habe ich diesmal eine Verbindung mit Goldsteckern verlötet, da mir die XT-60 Stecker beim Akkuwechsel oftmals eine zu große Fummelei waren. Zusätzlich zu den Reglern habe ich noch zwei Dean Stecker mit Kabeln angelötet. Einen für die Stromversorgung der VU meiner DJI Naza Flightcontrol (damit ich diese leicht zwischen meinen Quads wechseln kann) und den anderen für die Versorgung meines FPV-Videosenders.
Hier ein Bild des fertig gelöteten Stromverteilers:

Vielleicht nicht die sauberste Lötarbeit 😉 aber es funktioniert und hält bombenfest. Ein weiterer Vorteil der Stromverteilerplatte von Goodluckybuy ist übrigens, dass diese quadratisch und mit Bohrungen in Standardgröße versehen ist. Das heißt, ich kann mir einen schönen kleinen Turm damit bauen und der Stromverteiler wird noch zusätzlich durch einen obere Platte geschützt.

Seitdem ich einmal wegen einer Landung im Schnee einen Kurzschluß hatte, verwende ich stets Plastidip, also flüssiges Gummi zum verpinseln, um Dinge wie den Stromverteiler zusätzlich gegen Feuchtigkeit zu schützen.

Plastidip wird einfach mit dem Pinsel aufgetragen und benötigt dann in etwa zwei Stunden zum Trocknen. Es ist als Spray oder in der Dose erhältlich. Ich selbst benutze Plastidip aus der Dose, da ich mit einem kleinen Pinsel um einiges exakter arbeiten kann, als mit einem Spray. Plastidip zum Kaufen gibt es übrigens hier.

Motoren verlöten & Laufrichtung

Als nächstes verlängerte ich die Kabel der Motoren, um eine ausreichend lange Verbindung zu den Reglern zu ermöglichen.

Man mag es im Übrigen kaum glauben, aber während aller Lötvorgänge habe ich nicht ein einziges Mal vergessen, den Schrumpfschlauch vor dem Löten über das Kabel zu ziehen. Ein Novum in meiner kurzen Lötkarriere 😉

Beim Verlöten der Regler mit den Motoren ist auf die Laufrichtung der Motoren zu achten. Der Motor vorne rechts muß links herum drehen, der Motor vorne links rechts herum. Hinten links wieder links herum und der hintere rechte Motor sollte rechts herum laufen (bei einem Quad in X-Form). Im Prinzip bewerkstelligt man das, indem man erst einmal an allen Motoren ein Kabel schon mal mit dem Regler verlötet und dann eine Lüsterklemme zur Hand nimmt. Mit Hilfe dieser verbindet man dann die vier verbleibenden Kabel und verbindet den Quad mit dem Akku und gibt am Sender Gas, um festzustellen, in welche Richtung der Motor dreht.

Dreht er in die falsche Richtung, vertauscht man einfach die Kabel und verlötet diese. Ich selbst kannte den Trick mit der Lüsterklemme bis dato noch gar nicht und hatte die Kabel immer miteinander verdrillt und mit einem kleinen Stück Isolierband zusammengeklebt. Die Lüsterklemme macht einem das Leben aber um einiges einfacher dabei.

Beim Verlöten der Motoren und Regler sollte man im Übrigen peinlich genau vorgehen, da eine kalte Lötstelle unschöne Auswirkungen im Flug haben kann.

Befestigung des Stromverteilers

Der Stromverteiler kommt wie bereits erwähnt an die untere Stelle meines “Turmes”. Da es sich um eine Standardgröße handelt, konnte ich ihn einfach auf die Distanzschrauben setzen und darauf wiederum Distanzbolzen verschrauben, welche dann die Platte für meine DJI NAZA Flightcontrol halten.

 Befestigung der DJI NAZA Flight Control

Meine Flightcontrol ist auf einer Platte verklebt, welche ich einfach zwischen meinen Quads hin- und herwechseln kann. Hierzu muß ich im Prinzip nur die Schrauben lösen und die Platte auf dem Turm meines Multicopters befestigen. An der Unterseite der Platte ist ein Lipo Warner mit Sekundenkleber befestigt, welcher mir beim Erreichen einer bestimmten Voltzahl einer Zelle meines Lipos akkustisch “Bescheid gibt”.

Propeller montieren

Nachdem ich mich ohne Propeller davon überzeugt hatte, dass das ganze System läuft, montierte ich noch meine 10″x4,5 Propeller auf den Robbe Motoren. Ob die Robbe Roxxy Mitnehmer rund laufen, kann ich noch nicht sagen, aber werde hier sicherlich darüber berichten.

Nachdem ich bis jetzt immer nur 8″er Props benutzt habe, erscheinen die 10er Latten wirklich wie Ungetümer auf meinem Quad. Vor dem Erstflug habe ich das Naza noch mit meinem Laptop verbunden, um zu überprüfen, ob ich alles korrekt verkabelt hatte. Da ich beim Einlernen des Gasweges die Richtung meines Throttles umgedreht hatte, musste ich diesen im Naza Software Assisstenten noch umdrehen. Das geht ganz einfach, indem man in der Stick-Übersicht auf “Reverse” klickt und speichert. Dann noch schnell die Stickausschläge überprüft und schon konnte es in den Garten zum Jungfernflug gehen – es wurde ja auch langsam Dunkel.

Der Jungfernflug

Da ich bereits Erfahrung mit der DJI NAZA Flight Control hatte, war ich wohl etwas zu ungenau beim letzten Check meiner Verkabelungen. Wie dem auch sei, natürlich endete der Erstflug mit einem gebrochenen Propeller. Kurz vor dem Abheben kippte der Quad nach links ab und legte sich auf den Kopf, was mich an meine erste Erfahrung mit der Naza erinnerte. Die Motoren muß man am Naza gegen den Uhrzeigersinn anschließen, M1 ist vorne rechts, M2 vorne links, M3 hinten links und M4 hinten rechts.
Obwohl ich den Fehler bereits einmal begangen hatte, war anscheinend mein westlicher Uhrzeigersinn erneut stärker, als die Grafik in der Anleitung. Zum Glück hatte ich die Cam schon laufen, als das passierte, so kann ich mir immer wieder ins Gedächtnis rufen, was genau passiert, wenn man die Motoren falsch einstöpselt:

httpv://www.youtube.com/watch?v=J84qhOpN1Nk

Zweiter (Erst-) Flug

Nachdem ich die Motoren nun korrekt verkabelt hatte, machte ich mich erneut auf den Weg in den Garten und siehe da, ich konnte mit dem Copter doch glatt abheben. Hier das Video von meinem geglückten Jungfernflug. Das Video ist recht lange aber wenn Ihr die Zeit habt, macht das ja nichts – ansonsten kann man ja vorspulen.

httpv://www.youtube.com/watch?v=GerEK979uAE&hd=1

Die Flugzeit

Gespannt war ich vor allem auf eines: die Flugdauer meines neuen Quads. Mit Akku wiegt er derzeit 970 Gramm, was vollkommen im Rahmen ist. Mit FPV-Ausrüstung wird er dann wohl so um die 1200 Gramm wiegen. Bisher erreichte ich mit meinem kleinen Quadrocopter immer Flugzeiten so um die sieben Minuten, weshalb ich während des Erstfluges auf die Uhr blicken musste, da es mir etwas lange vorkam.
Mit einem 3000er 3s Lipo konnte ich sage und schreibe 15 Minuten fliegen. Dieser Unterschied ist wirklich mehr als beachtlich. Ich bin gespannt, was für eine Flugzeit ich erst mit besseren Propellern erreichen kann!

DJI Naza & der neue Quad

Die Flight Control ist wirklich mehr als gut. Ohne eine einzige Veränderung an den Gain Settings meiner Naza flog sich der Copter schon sehr stabil und ich glaube, dass ich auch nichts an den Gains mehr verändern werde – never change a running system.

Durch den Bau eines größeren Quadrocopters wollte ich ein stabileres Flugverhalten und höhere Flugdauer erreichen. Ich dache eigentlich, dass sich der größere Quad um einges weniger spritzig als meine Quadrixette fliegen würde. Weit gefehlt, der große fliegt sich sehr wendig und in gewisser Weise sogar besser als die Quadrixette. Wie stabil er sich im Flug verhalten wird, kann ich noch nicht sagen, das werden die nächsten Tage zeigen. Das Missionsziel Flugdauer ist jedenfalls mehr als erreicht.

Montage Gopro Halterung

Über was ich mir noch Gedanken machen muß, ist die Art der Befestigung meiner GoPro HD 2 Cam, welche neben der Aufzeichnung meiner Flüge auch als FPV-Cam dient. Die Kunst wird es sein, die Cam so zu befestigen, dass ich a) keinen Ausleger oder Propeller im Bild habe und b) eine möglichst hohe Entkoppelung der Cam zu erreichen, um Vibrationen im Video zu umgehen. Da ich momentan nichts anderes zur Hand habe, werde ich die Gopro Snap Halterung meiner Quadrixette verwenden. Wie ich diese aber genau an der Centerplate meines Quads befestige, weiß ich aber noch nicht. Gespannt bin ich vor allem auf die Vibrationen meines Quads. Durch die Auslegerlänge und die Wahl der Robbe Roxxy Motoren, welche sehr ruhig laufen sollen, erhoffe ich mir weniger Vibrationen, als ich sie mit meiner Quadrixette hatte. Aber es kommt ja meistens anders, als man denkt…

Befestigung der Gopro – Propeller & Ausleger im Video

Ich habe nun ohne weitere Probleme meine Gopro im Snap Gehäuse von eyefly.info an die vordere Seite unten an meine Centerplate verschraubt. Um Vibrationen ein wenig einzudämmen habe ich auf beiden Seiten der Schraube ein kleines Stück harten Schaumstoff mit zwischengeklemmt.

Erste Testflüge waren von der Vibration und Rolling Shutter her auch vollkommen in Ordnung, doch nun stehe ich vor dem Problem, dass die Gopro 2 mit Ihrem Weitwinkel sowohl Ausleger als auch die Propeller im Bild hat.

Eine Lösung hierfür wäre der Kauf eines Gimbals in Verbindung mit einem relative hohem Landegestell. Hierbei würde ich den Produkten von quadframe.com tendieren, doch habe ich momentan nicht wirklich Lust schon wieder ca. 100€ in meinen Quad zu stecken, daher muß erst einmal eine andere Lösung her.

Ich werde versuchen, einen zusätzlichen Alu-Ausleger an die Unterseite meiner Centerplate zu befestigen. An das vordere Ende des Alu-Vierkantrohrs wird dann unten die Gopro befestigt und an der hinteren Seite der Akku. Dies hat den Vorteil, dass ich die Gopro soweit nach vorne schieben kann, bis weder Ausleger noch Propeller im Bild zu sehen sind. Der Lipo bildet auf der anderen Seite ein Gegengewicht, um den Schwerpunkt gleich zu halten.

Die Akkus werde ich mit zwei bis drei schmalen Streifen Klettband befestigen, welche durch Löcher im Alurohr gezogen werden. Um Lipos unterschiedlicher Größe benutzen zu können, werde ich mehrere Bohrungen vornehmen. Hierdurch kann ich dann auch mit der Einstellung des Schwerpunkts spielen. Die Gopro wird an der Unterseite des Alu Vierkantrohrs mit Hilfe einer Platte befestigt, also muß ich eine entsprechende CFK-Platte zuschneiden und diese mit zwei Bohrungen für die Befestigung der Gopro versehen. Vibrationen werde ich dann durch Alpha Gel Würfel, welche zwischen Platte und Gopro liegen, versuchen zu minimieren.

Soweit die Theorie, Bilder gibt es dann nach der kleinen Bastelsession.

Bau der neuen Halterung für die Gopro

Wie bereits oben erwähnt, suchte ich nach einem Weg, die Gopro so weit nach vorne und unten zu verschieben, damit weder Propeller noch Landegestell im Bild zu sehen sind. Um das zu ermöglichen war meine Idee, einfach einen zusätzlichen 10x10mm großen Alu Ausleger mittig nach vorne und hinten herausstehend zu montieren.
An die vordere Seite sollte die Gopro befestigt werden, an die hintere der Lipo um den Schwerpunkt auszugleichen.

Im ersten Schritt verschob ich die Gopro mit maximaler Weitwinkeleinstellung so weit nach vorne, bis ich freie Sicht nach vorne hatte und markierte die Stelle am Aluausleger. Dann schnitt ich den Ausleger so zu, dass in etwa gleich lange Stücke nach der Centerplate herausragten.

Dann machte ich mich an die Befestigung des Gopro Gehäuses am Ausleger.  Hierbei wollte ich Alpha-Gel Bush Type S, also mit Gel gedämpfte Abstandshalter benutzen, um die Halterung der Cam vom Ausleger und Vibrationen zu entkoppeln.

Um das zu erreichen, nahm ich eine Bohrung am Ausleger vor, um mit einer Schraube ein CFK-Plättchen zwischen dem Alpha Gel zu befestigen. An diese kleine Platte sollte die Gopro Halterung befestigt werden. Daher schnitt ich noch eine weitere Platte zu, welche ich fest an der Halterung verschraubte.

Diese Halterung habe ich möglich fest verschraubt und zwischen den Abstandshaltern und den Schraubköpfen befinden sich noch zerschnittene Ohrstöpsel, um Vibrationen einzudämmen – ob das wirklich etwas hilft, kann ich nicht sagen, aber was wäre das Hobby ohne Überzeugung und einer guten Prise Aberglauben 😉

Dann wurde die kleine Platte noch mit der Halterung fest verschraubt und kurz getestet, ob das Ganze auch hält. Obwohl die Konstruktion nur von einer Schraube am Ausleger gehalten wird, ist sie sehr stabil und ich muß mir (gaube ich) keine Gedanken machen, dass meine Gopro eines Tages vom Himmel fällt.

Dann noch flugs den Ausleger unterhalb der Centerplate mit kleinen Abstandshaltern verschraubt. Die Abstandshalter sind dafür da, damit noch ein paar Kabel unterhalb des Auslegers Platz finden. Zudem ist der Abstandshalter nach vorne ein wenig höher als der hintere, damit die Gopro leicht nach unten geneigt nach vorne sieht.

Unter die Platte der Gopro Halterung habe ich noch zwei Stücke harten Schaumstoff reingedrückt …. jaja, die Vibrationen…

So sieht nun mein fertiger Quadrocopter aus – wobei er natürlich nie fertig wird. Am hinteren Teil des Alu-Auslegers lassen sich Akkus mit Klettband befestigen und je nach Größe so weit nach hinten oder vorne verschieben, dass der Schwerpunkt stimmt. Meinen Erstflug mit der neuen Konstruktion unternahm ich mit meinem schwersten Akku, einem 5000mah 3S Lipo. Diesen musste ich ganz nach vorne verschieben damit ich einen guten Schwerpunkt hatte.
Da ich nun mehr Gewicht an meinem Copter habe und an der Längsachse zwei nicht zu vernachlässigende Gewichte sind, muß ich allerdings die Gain-Einstellungen meines DJI NAZA Fligh Control noch etwas höher setzen, da diese nun etwas zu gutmütig ausgleicht.

Erstflug mit der neuen Kamerahalterung

Verständlicherweise war ich auf den Erstflug mit befestigter Gopro mehr als gespannt und befürchtete, dass große Vibrationen auftreten könnten. Doch weit gefehlt, ich hatte bisher keinmal weniger Vibrationen im Bild. Von Propellern oder Motoren ist nun auch bei einem maximalen Weitwinkel nichts mehr zu sehen und bei einer Aufnahme mit 720p und 60fps konnte ich sogar zum ersten Mal eine Aufnahme in Zeitlupe umrechnen, ohne Zittern im Bild zu sehen. Hier ein kurzes Testvideo in Zeitlupe:

httpv://www.youtube.com/watch?v=RxYBr7ha7JQ&hd=1

Ich bin begeistert und für´s Erste mehr als zufrieden mit der Qualität, so hatte ich mir das vorgestellt. Am Anfang sieht man bei Yaw Bewegungen noch einen leichten Rolling Shutter Effekt, aber den werde ich schon noch entfernen können.

Kommende Arbeiten:

  • Verlängerung meines Kabels für den Videosender und Verlegung dessen innerhalb des Alu-Auslegers, der die Gopro hält.
  • Bohrungen im hinteren Bereich des Alu Auslegers, um durch die Löcher Klettband zur Befestigung der Lipos zu ziehen
  • Einstellung der DJI NAZA Gain Werte auf den neuen, schwereren Quadrocopter
  • Erhöhung der Expo an meiner Funke, um möglichst ruhige Steuerbewegungen zu ermöglichen
  • Fliegen

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