Nanodrone – Ultra-kleiner Quadrocopter – Vorplanung

Nachdem nun immer mehr und mehr kleine Quadrocopter im Internet auftauchen, will auch ich mich an so einem Flugzeug versuchen. Besonders gefällt mir die (oben verlinkte) Crazyflie, eines der älteren und besten Projekte dieser Art. Die Crazyflie ist leicht, wendig, relativ einfach aufgebaut und fliegt offensichtlich sehr gut.

Einige Dinge an der Crazyflie stören mich jedoch:

  • Es ist nötig, einen PC zur Steuerung zu verwenden
  • Man benötigt ein spezielles PC-Dongle, um den Quadrocopter zu steuern
  • Die Kontrolle selbst hat man über ein am PC angeschlossenes Gamepad
  • Die Crazyflie ist (als Bausatz) enorm teuer: 150 US-Dollar ist ein happiger Preis für ein Spielzeug (ohne PC und Gamepad, versteht sich)

Diese Punkte möchte ich verbessern. Dazu werde ich hier nach und nach den Bau eines kleinen Quadrocopters aufzeichnen – der Nanodrone.

Einige Vorplanungen sind bereits erledigt. Folgende Punkte stehen (momentan) fest:

  • Motor-Gewicht Motor-Länge Es werden vier X-TWIN Motoren verwendet. Diese Motoren sind einfach, günstig, und leicht zu bekommen. Sie sind leicht (1,5g) und benötigen keine aufwendige Elektronik. Da es sich um DC-Motoren handelt, können sie einfach mithilfe eines MOSFETs und eines PWM-Signals gesteuert werden. Die Motoren sind auch unter der Bezeichnung BC-CM-01-A zu finden – so nennt sie auch das Crazyflie-Team.
  • Der Hauptprozessor soll ein Atmel Xmega-Prozessor werden. Diese Prozessoren sind enorm Leistungsfähig, haben umfangreiche Peripherie an Bord, besitzen verschiedenste Schnittstellen für Sensorik und Aktorik und können mithilfe eines Bootloaders leicht mit einem Firmware-Update versehen werden. Die Prozessoren sind zudem relativ günstig. Der 8-Bit AVR Kern ist leicht verständlich.
  • Es soll ein 6DOF-Sensor mit 3-Achsen Gyroskop und 3-Achsen Accelerometer verwendet werden. So ist die Regelung am „leichtesten“ zu realisieren, und auch Möglichkeiten zur Selbststabilisierung sind gegeben.
  • Firmwareupdates und Konfiguration erfolgen über USB, mithilfe einer dafür erstellten PC-Software.
  • Die Funkverbindung wird im 40 MHz-Analogband liegen. Dieses Band ist (relativ) leer, so dass wenig Störungen zu erwarten sind. Es gibt 40 MHz-Fernsteuerungen und Empfänger schon für wenig Geld, und die Empfänger wiegen (wenn man ein kleines Bisschen tiefer in die Tasche greift) weniger als 5 Gramm. Die Steuerung kann mit Fernsteuerungen aller Art erfolgen – kaum ein Markt ist so ausgereift (weil schon so alt) wie die 27/35/40 MHz-Analogfunkanlagen. Und das Beste: Man braucht keinen PC, sondern kann unabhängig und einfach überall fliegen. Eine 5-Kanal Funkanlage sollte vorerst reichen (Schub, Nicken, Gieren, Rollen + 1 Zusatzkanal). Auf der Nanodrone soll ein fertiges Empfangsmodul als Zukaufteil aufgesetzt werden, damit keine Hochfrequenz-Designs nötig sind. Das macht den Nachbau und die Platinenplanung einfacher und bedeutet nur wenig zusätzliches Gewicht.
  • Die Stromversorgung wird durch eine ultraleichte LiPo-Zelle hergestellt, welche auch per USB aufladbar sein soll.
  • Und, natürlich: Das ganze soll so klein und leicht wie möglich werden. Die Crazyflie hat hier mit weniger als 19 Gramm schon eine Marke gesetzt, die kaum zu unterbieten ist.

Natürlich sind diese Wünsche nicht unbedingt die letzte und beste Entscheidung – evtl. verändern sich über die Dauer des Projekts auch einige Anforderungen.  Wir werden es sehen…

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