Quattrokopter selbst bauen (welche Motoren, ECS...)

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    • Quattrokopter selbst bauen (welche Motoren, ECS...)

      Hallo zusammen,

      ich plane zur Zeit selbst eine Drohne zu bauen. Als Controller werde ich ein Raspberry Pi Zero verwenden und Stabilisation, Steuerung, etc. wird über ein Gyroskop, Beschleunigungsensor und andere Sensoren realisiert, den Code werde ich selbst schreiben, das Ganze ist für mich eher als Übung gedacht. Einige Teile habe ich schon im Auge, jedoch komme ich trotz viel Recherche bei vier Teilen nicht wirklich weiter: Motoren, ECS, Stromversorgung und Propeller.

      Die Anforderungen an die Drohne sind an sich nicht besonders groß, da es sich um ein Projekt in meiner Freizeit handelt, bei dem ich mich mit autonomer Steuerung auseinandersetzen möchte. Das bisher bekannte Gewicht beträgt ungefähr 20g für Pi und Sensoren. Eventuell noch ein paar weitere Gramm für andere Sensoren, viel sollte da nicht dazukommen. Das Gehäuse werde ich drucken, es wird sich um einen Quattrokopter handeln. Die Propeller sollen wenn möglich zum Schutz von einem Rahmen umschlossen werden, deshalb würde ich einen eher kleineren Durchmesser (maximal 3") der Propeller vorziehen.

      Meine größten Fragen sind:
      - Welche Motoren bieten sich für diese Anforderungen an?
      - Welche ECS passen dazu?
      - Welche Stromversorgung, bzw. wie realisiert man die Stromversorgung am besten, wenn man ein Raspberry Pi und die 4 Motoren versorgen muss?
      - Welche Propeller eignen sich? Braucht es noch zusätzliche Teile, um sie am Motor zu befestigen?

      Da es sich nur um ein Freizeitprojekt handelt versuche ich die Kosten möglichst gering zu halten, mir ist aber natürlich bewusst, dass Motoren und ECS ein bisschen was kosten werden.

      Ich hoffe mir kann jemand mit seinem Wissen und seinen Erfahrungen weiterhelfen und bedanke mich schon mal im Voraus :)

    • Hi,
      Ich würde dir aus Gründen der Verfügbarkeit (Sowohl der Teile als auch des Know Hows), Kosten, und wegen einem komfortablerem Gewichtspolster zu 5" Propellern raten. Das ist die gängigste Größe im Racing und Freestyle, und dadurch sehr weit verbreitet. Typische aktuelle 5" Motoren (z.b. 2207 2400kV) haben zwar wesentlich mehr Power als du brauchst, und bringen damit vielleicht etwas unnötiges Gewicht auf die Wage, aber dafür drücken die hohen Stückzahlen die Preise sehr deutlich. Und zu viel Leistung ist nicht so verkehrt, denn dann spielt das Gewicht nicht bei allem was du machst so eine große Rolle. Im Worst case kann man "übriges" Gewicht in größeren Akkus und längerer Flugzeit anlegen. (mit diminishing returns!)

      Die gängigen 3" Motor-Porpeller-Kombis sind für sportliche Kopter um die 250g (eher darunter) ausgelegt. Die können, wenn sie nicht racen müssen, zwar auch etwas mehr Gewicht tragen. Aber mit einem sperrigen Pi, zusätzlichen Sensoren, und einem gedruckten Frame sehe ich dich nicht mal in die Nähe dieser Gewichtsklasse kommen. Bevor das nachher auf einen gerade so fliegenden Kopter mit niedriger Akkulaufzeit hinaus läuft, würde ich lieber eine Nummer größer planen.

      Die Entwicklung von DIY Koptern ist mittlerweile so weit, dass die Geschwindigkeit des Motor Protokolls vom Flugcontroller zum ESC eine sehr wichtige Rolle spielt. Mit Flugcontrollern von der Stange führt heute kein Weg mehr an BLHELI32 oder BLHELI_S ESCs mit DShot vorbei. Ich weiß allerdings nicht wie es mit DShot auf einem Pi aussieht, ob es dafür Bibliotheken gibt, oder ob das überhaupt mit der Hardware möglich ist.


      Stromversorgung: ESCs und Motoren laufen mit Akkuspannung, da würde ich dir zu 4s raten. (Einen typischen 4s Motor mit ca 2400kV könntest du für deine Zwecke auch an einem 3s Lipo benutzen. Vielleicht könnte das einen Gewichtsvorteil bringen, da bin ich aber auch überfragt.)
      Für den Pi zapfst du dir einfach mit einem entsprechend potenten Step Down Regler 5V vom Lipo ab. (Stichwort BEC, im RC-Bereich)

      Ich würde dir raten vor dem Pi erstmal mit einen F4 oder F7 Flugcontroller von der Stange anzufangen. Betaflight darauf zu installieren, und damit ein bisschen herum zu spielen. Dabei kannst du viel über die für Kopter notwendige Motorsteuerung, PID-Regelung, Signalfilterung, und deren Zusammenspiel lernen.

      Noch ein Tipp zum frame: baue die Arme so dass du sie unkompliziert und einzeln tauschen kannst. Die werden oft brechen. ;)

    • Ok, danke für den ausführlichen Input, da habe ich jetzt erst mal einiges, was ich mir nochmal näher anschauen muss.

      Ich habe mich jetzt mal ein bisschen über DShot informiert, es sieht tatsächlich aus, als wäre es etwas schwieriger es über den Pi anzusteuern. Mir ist bewusst, dass ich mit einer langsameren Geschwindigkeit schlechtere Ergebnisse erziehlen werde, jedoch bietet dieses ESC n-factory.de/Emax-Formula-Serie-45A-3-5S-BlHeli_32 (was glaube ich zu diesem Motor passen würde n-factory.de/EMAX-ECO-II-Series-2207-2400kv-Motor) auch die Möglichkeit OneShot125 zu nutzen, was soweit ich weiß auch von dem Pixhawk Drone Kit verwendet wird, welches ein Raspberry Pi nutzt. Die Qualität des Flugs ist für mich auch nur begrenzt entscheidend, mein Ziel ist es, die Daten verschiedener Sensoren zu nutzen, um damit ein einigermaßen stabiles Flugverhalten zu ermöglichen, und mit verschiedenen Techniken wie Neuronalen Netzen oder Machine Learning herumzuexperimentieren (auch wenn ein Pi Zero vermutlich nicht die nötige Leistung erbringen wird für letzteres^^). Wenn eine gut fliegende Drohne herauskommt, umso besser, aber das Wichtigste ist für mich, das ich möglichst viel von Grund auf mache.

      Für die Stromzufuhr, würde folgender Akku (n-factory.de/CNHL-4S-100C-1500mAh-LiPo-BLACK-SERIES) mit folgendem BEC (rc-terminal.de/Mini-BEC-UBEC-5…-2-6-LiPo-Eingansspannung) und folgendem Y-Kabel (rc-terminal.de/Adapter-Parallel-2-x-XT60-m-auf-XT60-w) funktionieren? Wie du vermutlich merkst bin ich im Bereich Hardware relativ neu, ich komme eigentlich aus der Software-Ecke und versuche mich während meinem Master im technischen Bereich weiterzuentwickeln :)

      Die Idee mit dem Flugcontroller klingt gut, ich werde es zunächst direkt mit dem Pi versuchen, aber wenn ich damit nicht weiterkommen sollte, werde ich das mit dem Flugcontroller versuchen.

      Das Frame wird vermutlich eh sehr modular werden, weil ich ungerne große und komplexe Teile drucke, bei Druckfehlern geht immer so viel Zeit und Material verloren :D

      Kann ich dir die Liste der Teile zuschicken, wenn ich denn mal so weit sein sollte? Einfach nur, dass du vielleicht kurz drüber schauen könntest, ob ich zwei überhaupt nicht miteinander kompatible Teile drauf habe^^

    • Dito.
      Was du bisher gepostet hast ist alles ganz in Ordnung, und passt zusammen. Nicht ganz günstig, aber ich glaube momentan ist einfach alles deutlich teurer.
      Ich würde dann Propeller mit geringem Pitch nehmen, so im Bereich von 5030-5043.

      Das Y-Kabel brauchst du nicht, das wäre um zwei Akkus anzuschließen. Den BEC musst du irgendwo bei einem ESC mit an die Stromkabel löten. Ob dem Pi 3A genügen, kann ich dir nicht sagen.

      Wenn du 4 einzelne ESCs verbaust, was ich in dem Fall auch besser finde als einen 4in1, brauchst du noch eine Möglichkeit den Strom vom Akku auf die 4 Arme zu verteilen. Bevor die All-in-One Flugcontroller und 4in1 ESCs kamen, hat man dafür ein extra PDB benutzt. (Power Distribution Board).

    • B69 schrieb:

      JannisS schrieb:

      Kann ich dir die Liste der Teile zuschicken
      stell sie einfach hier rein, dann können mehrere drüber schauen ;)
      Das klingt sinnvoll ;)

      gsezz schrieb:

      Dito.
      Was du bisher gepostet hast ist alles ganz in Ordnung, und passt zusammen. Nicht ganz günstig, aber ich glaube momentan ist einfach alles deutlich teurer.
      Ich würde dann Propeller mit geringem Pitch nehmen, so im Bereich von 5030-5043.

      Das Y-Kabel brauchst du nicht, das wäre um zwei Akkus anzuschließen. Den BEC musst du irgendwo bei einem ESC mit an die Stromkabel löten. Ob dem Pi 3A genügen, kann ich dir nicht sagen.

      Wenn du 4 einzelne ESCs verbaust, was ich in dem Fall auch besser finde als einen 4in1, brauchst du noch eine Möglichkeit den Strom vom Akku auf die 4 Arme zu verteilen. Bevor die All-in-One Flugcontroller und 4in1 ESCs kamen, hat man dafür ein extra PDB benutzt. (Power Distribution Board).
      Ok, dann schau ich nochmal bei den Propellern. Preislich wäre mir günstiger natürlich lieber, aber gerade bei den ESC habe ich keine günstigeren Modelle gefunden, zumindest keine, die die notwendige Leistung erbracht haben.

      Das Pi braucht 3A, habe ich davor überprüft. Das mit dem anschließen des BEC muss ich mir mal noch genauer anschauen, werde vor der Durchführung auch nochmal eine Skizze hier reinstellen, nicht, dass ich etwas komplett falsches mache^^

      Über die PDBs bin ich auch schon gestolpert, dann schau ich mir das mal noch an :)

    • Bezüglich der Propeller, wie sieht es mit diesen aus: n-factory.de/HQProp-Durable-5X43X3-V2S-Light-Grey

      Bei der Suche nach einem PDB habe ich folgendes gefunden rc-terminal.de/Dual-BEC-Mini-R…-Power-Distribution-Board, das müsste den Zweck doch erfüllen und das BEC überflüssig machen, das eins im PDB integriert ist, oder?

      Bei dem Motor habe ich auch noch eine Frage, das Gewinde ist CW, aber bräuchte ich nicht eigentlich zwei mit CW und zwei mit CCW? Und wie genau funktioniert die Befestigung der Propeller am Motor, brauche ich dafür weitere Teile?

      Meine Liste an Teilen wäre bis jetzt folgende:

      Motor: n-factory.de/EMAX-ECO-II-Series-2207-2400kv-Motor
      ESC: n-factory.de/Emax-Formula-Serie-45A-3-5S-BlHeli_32 (Wenn jemand günstigere kennt, gerne raus damit^^)
      PDB: rc-terminal.de/Dual-BEC-Mini-R…-Power-Distribution-Board

      Propeller: n-factory.de/HQProp-Durable-5X43X3-V2S-Light-Grey
      Akku: n-factory.de/CNHL-4S-100C-1500mAh-LiPo-BLACK-SERIES
      GPS: n-factory.de/TBS-M82-GPS-Glonass-Modul

    • Mit den verlinkten Propellern wird er auf jeden Fall fliegen. Ob die für dein Vorhaben ideal sind, kann ich dir nicht sagen. Wenn er mal fliegt, kannst du dann ausprobieren ob du noch effizientere findest. Für meine Flugweise ist Effizienz sonst kein Kriterium. ;)

      Das PDB würde gehen. Da wäre auch schon ein BEC drauf, aber für den Pi wahrscheinlich zu schwach. Alles was das PDB bieten muss ist eigentlich nur genug Lötpads um die beiden Plus und Masse Leitungen vom Akku auf vier ESC zu verteilen.
      Motoren mit vorgegebenen Drehrichtungen sind aus der Mode gekommen, man verwendet einfach 4 gleiche. Früher hatten sie unterschiedliche Gewinderichtungen, dass sich beim beschleunigen die Muttern nicht lösen. Seit Flugcontroller die Motoren aber auch aktiv bremsen, erfahren sie sowieso in beiden Richtungen die gleiche Krafteinwirkung, und die Gewinderichtung ist egal geworden. (Früher war auch die Kühlung manchmal Richtungsgebunden, aber die Kühlung kommt sowieso zum größten Teil vom Propeller.)

      Ein 4in1 ESC könnte günstiger sein als 4 einzelne, und würde zudem das PDB überflüssig machen. Aber zum experimentieren würde ich lieber bei den einzelnen bleiben.

      Von GPS habe ich keine Ahnung, dazu muss jemand anderes was sagen.

    • Mit dem PDB hast du recht, hab irgendwie übersehen, dass 3A nur kurzzeitig ist. Dieses hier müsste aber funktionieren, das kann 5V 3A rc-terminal.de/Matek-5-in-1-Po…ionen-2-6S-Lipo-BEC-5-12V
      oder funktioniert das Teil wirklich nur für LED?

      Hatte eh vor 4 einzelne ESC zu holen, das wurde eigentlich überall so empfohlen, weil auch einfacher austauschbar wenn kaputt :D

      Auf jeden Fall schonmal Danke, du hast mir wirklich sehr geholfen!

    • Sprichst Du beim Raspberry Pi von einem "normalen" (Pi 3B oder 4) oder einem Pi Zero? Bei "20g für Pi und Sensoren" kann eigentlich nur der Pi Zero gemeint sein. Der aber braucht keine 3A (auch nicht im Peak).

      Abgesehen davon solltest Du Dir noch einmal gut überlegen, ob Du einen FC wirklich auf Basis eines Linux SoC bauen / entwickeln willst. Linux ist kein Echtzeit-Betriebssystem. Es ist also nicht sichergestellt, dass die "Loop" die Sensordaten immer ausreichend zeitnah abarbeitet.

      Wenn Du da komplett neu einsteigst, würde ich tatsächlich erst mal mit einem bereits etablierten Flightcontroller + Softwarestack anfangen. Das wäre heutzutage ein FC mit einem F7 oder H7 Chip und Betaflight oder ArduCopter Software (für ArduCopter empfehle ich eher den H7). Könnte dann z.B. der Kakute F7 Mini oder der Mateksys H743 Mini sein.

      Bei Motoren, Propeller, ESCs und Batterie musst Du Dir erst mal überlegen, was der Kopter eigentlich können bzw. tragen soll. Soll es ein Kopter mit GPS und eher langen aber gemütlichen Flugzeiten sein oder eher eine Renn-Hummel?

      Für kleine, eher gemütliche Kopter reichen schon 2S - 3S und 5" Props (für die bessere Effizienz). Gibt dafür auch sehr kleine 4-in-1 Regler, vorzugsweise BLHeli oder BLHeli_32. PWM tut's auch immer noch ganz gut, wenn es nicht gerade eine Rennsemmel sein soll.

      Wenn Du so ein Ding in die Luft bekommen hast, kannst Du Dir immer noch überlegen, ob Du wirklich einen FC selbst programmieren willst. Es ist bei weitem nicht damit getan, dafür nur eine IMU auszulesen, sondern musst dann auch wissen, wie man das in sinnvolle Steuerbefehle (inklusive PID Regelung) an die Antriebe umsetzen kann.

      Hier findest Du als Anregung einen Ansatz mit einem H7 basierten Flightcontroller, ArduCopter Software Stack. GPS, Doppelkamera etc. - alles unter 250g mit einer Flugzeit von 35 Minuten. Auf dem fliegt auch ein Pi Zero mit, aber der erledigt darauf andere, nicht ganz so zeitkritische Aufgaben: "Eierlegende Wollmilchsau" unter 250g

    • Zero, ging irgendwie automatisch von den 3A des Pi 4 aus, aber stimmt, der braucht weniger und sollte mit 2A locker auskommen.

      Das mit der Echtzeit stimmt, ich wollte zunächst mal probieren, wie es denn direkt mit einem Pi funktioniert. Sollte dabei kein befriedigendes Ergebnis zustande kommen, werde ich einen FC kaufen und da anknüpfen. Aber das kann ich immernoch dann kaufen, wenn es so weit ist, da es sich um weitere 60-70€ handelt.

      Der Kopter soll eher für längere, gemütlichere Flüge ausgelegt sein.

      Deinen Post von deinem Kopter hatte ich mir schon im Vorfeld angeschaut, fand ich sehr interessant :)

    • Die Idee mit dem Pi hat was aber was würde den gegen eine Naza Lite sprechen? Gibt es ohne GPS schon um die 40-50 Euro. Wenn es über 250 Gramm sein darf würde auch nichts gegen ein Flame Wheel sprechen. Gibt es in der Bucht komplett Flugfertig um die 80-90 Euro, wenn es um die kosten geht.
      Link zu eBay

      Wenn es aus Hobby ein neues Eigenbauprojekt ist kann man auch Ausschalchten und sich daraus an ein neues eigenbau Projekt machen. Gibt viele Billigkopter die sich da sehr gut als Teileträger anbieten.
      Link zu eBay

      Weil du musst drann denken das du auch noch Sender Empfänger brauchst um dein Projekt in die Luft zu bekommen. Und das kann je nach dem was du nimmst nochmal schnell 150-300 Euro sein.

      LG Chris

    • Hi JanisS,

      wenn ich Dich richtig verstanden habe, habe ich sowas gebaut, wie Du es vor hast. Mir ging es drum, wirklich zu verstehen was ein FC so tut.
      Ich hab mich an den Projekten von Joop Brokking orientiert, jedoch meinen eigenen Code geschrieben und verstanden. Ich war mit einem Arduino Uno gestartet und hab dann noch das Ganze auf einem Stm32F1 portiert. Alles gänzlich ohne BetaFlight. Du findest bei Joop auch Teile-Listen. Der Copter ist aber ein Schwergewicht > 2kg.
      BetaFlight ist technisch Lichtjahre von Joops und meinem Code entfernt, vor allem wegen der Hardware-Neutralität, Filter an allen Ecken und Enden und Standard-Parametern, die out-of-the-box passen. Ich spielte mit dem Gedanken, BetaFlight auf meine Primitiv-Hardware anzupassen. Das dürfte aber hoffnungslos sein, weil Mannjahre Entwicklung in BetaFlight stecken und Stm32F1 auch viel zu langsam ist und viel zu wenig Ressourcen besitzt. Mit dem Raspi bist Du da wohl schon auf der besseren Seite.
      Das Gefrickel mit PWM (Pulse auch selbst erzeugt) angesteuerten Einzel-ESC würde ich heute nicht mehr machen, sondern lieber mit nem 4-in-1 in dshot einlesen. Das dürfte aber ein komplexeres Protokoll sein, sprich es braucht ausreichend Ressourcen.
      Guck Dir Joop mal an. Es lohnt sich. "there you learn something today" wie Joshua Bardwell zu sagen pflegt ;)
      Gruß
      Jörgy

    • So, habe jetzt endlich alle Teile zusammen und auch wieder ein bisschen Zeit mich damit zu befassen :)

      Ich habe ein paar Fragen bezüglich des Lötens:

      Hier ist die übersicht über die zu lötenden Teile. Das USB-C Kabel rechts ist für die Stromzufuhr des Pi Zero zuständig (unten blau). Es ist nur ein ESC beispielhaft abgebildet. Über den XT60 wird der Akku angeschlossen.


      Ist es egal, an welcher Position ich den XT60 anlöte? (unten rot markiert)



      Beim ESC (grün) trenne ich das schwarze und das weiße Kabel und löte beide GND-Kabel einfach zusammen auf das PDB und das weiße Kabel wird an den Pi angeschlossen, oder?



      Die Kabel des Motors sind nicht markiert, deswegen kann ich nur erahnen welches welches ist. Prinzipiell wäre ich jetzt davon ausgegangen, dass bei einer geradlinigen Verbindung wie auf dem Bild der Motor im Uhrzeigersinn dreht. Welche beiden Kabel muss ich jetzt aber vertauschen um eine Änderung der Drehrichtung zu erreichen?

      Danke im Voraus :)

    • Wo du den XT60 anlötest ist bei diesem PDB wohl egal.

      Wenn ich mich recht erinnere, hat der Pi Zero auch Lötstellen über die er mit 5V versorgt werden kann. Wenn das geht, würde ich kein USB Kabel benutzen, sondern dickere Kabel direkt anlöten. PIs sind sehr pingelig mit der Versorgungsspannung. Wenn der BEC des PDB schon nur exakt 5.0V liefert, und du auf einem dünnen USB Kabel und der Steckverbindung noch ein paar Millivolt verlierst, könnte es dem PI schon zu wenig werden. Die originalen PI-Netzteile liefern deshalb auch schon 5.1V, und auch das kann mit dem falschen USB Kabel zu wenig werden.

      Das dünne schwarze Kabel des ESC solltest du an ein Masse Pad des Pi anschließen. Das ist die Referenz für die Motorsteuerung, und sollte deshalb auf möglichst dem exakt gleichen Potential liegen wie das Steuersignal. In 99% passiert nichts, wenn man es einfach weg lässt, aber wenn sich PDB- und PI-Masse unterschieden (Widerstand auf dem Verbindungskabel / ...das dünne USB Kabel), dann kann das Probleme bereiten.

      Die Motordrehrichtung ist reine Glücksache. Ausprobieren, und wenn er falsch rum dreht umdrehen.

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