Dieses Projekt befasst sich mit dem Entwurf und der Umsetzung eines neuartig angetriebenen Typ Quadrocopter. Zwei markante, untypische Zielvorgaben sollten erreicht werden. So sollte der Neigungswinkel begrenzt und der Rahmen des Quadrocopters mit der 3D-Drucktechnik hergestellt werden. Quadrocopter sind weit mehr als ein Hobby. Sie sind als universelle Träger zu sehen, welche in Zukunft viele nützliche Aufgaben erledigen können. Aufgabenbereiche wie Transport von Waren, Bewachung von Grundstücken oder Landesgrenzen bis hin zur Personenbeförderung sind Perspektiven für diese Technologie.
Der Autor beschäftigt sich seit mehreren Jahren mit dem Thema Quadrocopter. Angefangen mit einfachen Consumer Modellen kam er schnell zu Bausätzen für sogenannte Racing Quadrocopter. Gleichzeitig wurde die FPV-Technik bezahlbar und salonfähig. Das sind Systeme, die aus einer Mini Kamera, einem Video Transmitter und einer Antenne auf der Senderseite bestehen und aus einer VR-Videobrille auf der Empfängerseite. Vor diesem Zeitpunkt flog der Autor sämtliche Modelle auf Sicht. Nun verbaute er FPV-Systeme in die Racing Quadrocopter und bekam eine ganz neue, faszinierende Sicht beim Fliegen.
Fortan steuerte der Autor den Racing Quadrocopter über die Mini Kamera und bekam live das Bild auf eine Videobrille projiziert. Beim Fliegen durch den Parcours entstand aber der unangenehme Effekt, dass der Copter speziell bei Vollgas Beschleunigungen extreme Neigungen annahm, was sich negativ auf den Sichtbereich der Mini-Kamera auswirkte und nicht selten zu Crashs führte. Diese Neigungswinkel galt es also zu begrenzen oder bestenfalls zu eliminieren - die Kernaufgabe in diesem Projekt.
Inhaltsverzeichnis
2. Einleitung
2.1 Vision
2.2 Bisheriges Funktionsprinzip
2.2.1 Der Antrieb:
2.2.2 Rahmenteile:
2.3 Ist - Zustand
2.3.1 Entwicklung eines Quadrocopters TILT-Arm-Antriebs:
2.3.2 Herstellung des Rahmens mithilfe eines 3D-Druckers
3. Realisierung
3.1 Brainstorming
3.2 Aufteilen der Arbeitsschritte
3.3 Entwurf der Gehäuseteile
3.4 Herstellung der Gehäuseteile mithilfe eines 3D-Druckers
3.5 Mechanischer Aufbau
3.6 Berechnungen der elektrischen Größen, Produktauswahl
3.6.1 Gesamtgewicht
3.6.2. Benötigte Schubkraft
3.6.3 Auswahl der Motoren
3.6.4 Auswahl ESCs
3.6.5 Berechnung des Flug-Akkus
3.6.6 Produktauswahl
3.7 Auswahl des Flug-Controllers
3.8 Materialbeschaffung
3.9 Elektrischer Aufbau Blockschaltbild
3.10 Beschreibung elektrischer Aufbau
3.11 Spannungsverteilung
3.12 Programmierung des Flug-Controllers
3.12.1 Programmiersprache
3.12.2 Programmierung des Flugcontrollers
3.13 Funktionstest
4. Bauteil-Spezifikation
4.1 Filament für den 3D-Drucker
4.2 Drehzahlregler ESC
4.3 UBEC
4.4 Flugcontroller
4.5 Spannungsverteilerplatine
4.6 Servo
4.7 Brushless-Motoren
4.8 Akku
4.9 Fernsteuerung
4.10 FPV-System
5. Aufstellung der Kosten
5.1 Gegenüberstellung Geplante und Tatsächliche Kosten
5.2. Auswertung Kosten
6. Zeitplanung
6.1 Aufschlüsselung der Projektphasen
6.2 Zeitablauf
6.3 Tortendiagramm benötigte Zeit
6.4 Auswertung der Arbeitszeit
7 Fazit
Zielsetzung & Themen
Das Hauptziel dieses Projekts ist die Entwicklung eines innovativen Racing-Quadrocopters, der durch einen neuartigen Tilt-Arm-Antrieb das Problem der extremen Neigungslagen bei Flugmanövern löst und somit ein stabileres FPV-Flugbild ermöglicht, während der Rahmen gleichzeitig kosteneffizient mittels 3D-Druck gefertigt wird.
- Entwicklung und Implementierung eines Tilt-Arm-Antriebsmechanismus
- Konstruktion und Fertigung des Quadrocopter-Rahmens per 3D-Druck
- Optimierung der elektrischen Komponenten und Flugsteuerung
- Durchführung von Funktionstests und Dokumentation des Projektverlaufs
Auszug aus dem Buch
2.1 Vision
Das Hobby Flugmodellbau begleitet mich seit meiner frühen Jugendzeit. Angefangen mit Seglern über RC-Helikopter bis hin zu Impreller Jets. Seit nunmehr 2 Jahren beschäftige ich mich ausschließlich mit dem Thema Quadrocopter. Angefangen mit einfachen Consumer Modellen kam ich schnell zu Bausätzen für sogenannte Racing Quadrocopter. Gleichzeitig wurde die FPV Technik – Systeme bestehend aus einer Mini Kamera, einem Video Transmitter und einer Antenne auf der Senderseite- und bestehend aus einer VR Videobrille auf der Empfängerseite- bezahlbar und salonfähig. Vor diesem Zeitpunkt flog ich sämtliche Modelle auf Sicht, nun verbaute ich FPV Systeme in die Racing Quadrocopter und bekam eine ganz neue, faszinierende Sicht beim Fliegen. Fortan steuerte ich nun den Racing Quadrocopter über die Mini Kamera und bekam Live dieses Bild auf meine Viedeobrille projiziert.
Über die Zeit konnte ich immer besser und schneller den Quadrocopter- gesteuert mithilfe des Kamerabildes- durch den Parcours fliegen.
Hierbei entstand aber der unangenehme Effekt das der Copter speziell bei Vollgas Beschleunigungen extreme Neigungen annahm, was sich negativ auf den Sicht Bereich der Mini Kamera auswirkte und nicht selten zu Crashs führte.
Diese Neigungswinkel galt es also zu begrenzen oder bestenfalls zu eliminieren, die Kernaufgabe in diesem Projekt.
Dieses Projekt befasst sich mit dem Entwurf und Umsetzung eines neuartig angetriebenen Typ Quadrocopter. Zwei markante, untypische Zielvorgaben sollten erreicht werden: zum einen sollte der Neigungswinkel begrenzt werden und zum anderen sollte der Rahmen des Quadrocopters mit der 3D Drucktechnik hergestellt werden.
Zusammenfassung der Kapitel
2. Einleitung: Beschreibt die Motivation hinter dem Projekt, die Vision eines verbesserten Racing-Quadrocopters und die Zielsetzung zur Fehlerbehebung durch einen Tilt-Arm-Mechanismus.
3. Realisierung: Detailliert den technischen Entwicklungsprozess vom Brainstorming über das CAD-Design bis hin zum mechanischen und elektrischen Aufbau inklusive Programmierung.
4. Bauteil-Spezifikation: Listet die technischen Details und Anforderungen aller verwendeten Komponenten auf, von Motoren über Akkus bis hin zum FPV-System.
5. Aufstellung der Kosten: Analysiert das geplante gegenüber dem tatsächlichen Projektbudget und erläutert Gründe für Kostenabweichungen.
6. Zeitplanung: Dokumentiert den zeitlichen Ablauf und die Phasenverteilung der Arbeitsschritte sowie eine Auswertung des Zeitverbrauchs.
7 Fazit: Reflektiert den Projekterfolg, gewonnene Lerneffekte und die praktischen Herausforderungen bei der Umsetzung des Prototyps.
Schlüsselwörter
Quadrocopter, Racing-Drohne, FPV, Tilt-Arm-Antrieb, 3D-Druck, Modellbau, Flugsteuerung, Multiwii, Elektronik, Mechanik, Carbonfaser, Prototypenbau, Brushless-Motor, Flugmodellbau, Projektentwicklung
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in diesem Projekt grundsätzlich?
Das Projekt dokumentiert die Entwicklung eines speziellen Racing-Quadrocopters, der einen kippbaren Motorantrieb (Tilt-Arm) verwendet, um bei hohen Geschwindigkeiten eine stabile Kameraperspektive zu gewährleisten.
Was sind die zentralen Themenfelder der Arbeit?
Die Arbeit umfasst die Bereiche CAD-Konstruktion, 3D-Druck, elektrische Systemintegration, Programmierung von Flugcontrollern und das Projektmanagement inklusive Kosten- und Zeitplanung.
Was ist das primäre Ziel des Projekts?
Das primäre Ziel war die Reduzierung der extremen Neigungswinkel eines Quadrocopters während des Fluges, um eine bessere Sicht für FPV-Piloten zu ermöglichen, sowie die Fertigung des Rahmens mittels 3D-Druck.
Welche wissenschaftliche oder technische Methode wird verwendet?
Es wurde ein iterativer Prototypenbau-Ansatz gewählt, der auf CAD-Konstruktion, der Auswahl und Berechnung spezifischer elektrischer Antriebskomponenten und der Open-Source-Software "Multiwii" zur Flugsteuerung basiert.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Im Hauptteil werden der Entwurf der Gehäuseteile, die Berechnung elektrischer Größen, die Materialauswahl, der mechanische Aufbau sowie die Programmierung des Flugcontrollers detailliert beschrieben.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Die wichtigsten Schlagworte sind Quadrocopter, Tilt-Arm-Antrieb, 3D-Druck, FPV-System und Flugsteuerung.
Warum wurde der Tilt-Arm-Antrieb entwickelt?
Der Antrieb wurde entwickelt, um die für Quadrocopter typische starke Neigung bei Vorwärtsbeschleunigung zu kompensieren, da diese Neigung das Sichtfeld der FPV-Kamera negativ beeinflusst.
Welche Rolle spielt der 3D-Druck für das Projekt?
Der 3D-Druck dient dazu, einen Rahmen zu schaffen, der im Falle eines Crashs schnell, kostengünstig und individuell nachproduzierbar ist.
Warum kam es zu einer Überschreitung des Budgets?
Die Überschreitung resultierte hauptsächlich aus häufigen Umbauten des Copters, Crashs während der Testphasen und unvorhergesehenen Kosten für Softwarelizenzen und Präsentationen.
Wie wurde die Stabilität der 3D-gedruckten Teile sichergestellt?
Durch die Auswahl spezieller Carbon-Filamente mit hohen mechanischen Belastungsgrenzen und die Optimierung der Wandstärken sowie Füllparameter während des Druckvorgangs.
- Citation du texte
- Julian Kühn (Auteur), 2017, Entwicklung eines Tilt Arm Racing Quadrocopters, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/455649
